Notas de colorimetria

Colorimetrı́a
José Javier Báez Rojas
20 de septiembre de 2007
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Índice general
1. Introducción
2. El ojo
2.1. Anatomı́a comparada . .
2.2. El ojo humano . . . . .
2.3. Estructuras protectoras .
2.4. Enfermedades del ojo . .
2.5. Defectos del ojo humano
2.6. Funcionamiento del Ojo
2.7. Conos y bastones . . . .
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3. ¿Qué es la luz?
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3.1. El espectro electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2. El espectro visible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4. ¿Qué es el color?
4.1. Ceguera al color . . . . . . . .
4.2. Significado de blanco . . . . .
4.3. Definición de Tono . . . . . .
4.4. Espacio de coolor CIE X,Y,Z .
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5. colorimetrı́a
5.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . .
5.2. Conceptos básicos de la Colorimetrı́a
5.3. Generalización tricromática . . . . .
5.4. Espacio Triestı́mulo . . . . . . . . . .
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6. Sistemas de color
6.1. Espacio RGB . . . . . .
6.2. Modelo de color CMYK
6.2.1. Halftoning . . . .
6.3. Espacio de color HSV . .
6.4. Espacio de color HSL . .
6.5. Espacio de color Lab . .
ÍNDICE GENERAL
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7. Imagenes multiespectrales
8. colorı́metro
8.1. Fotómetro . . . . . . . . .
8.1.1. Modos de medición
8.1.2. Espectrofotómetro
8.1.3. Espectrómetro . . .
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Capı́tulo 1
Introducción
La palabra color se usa con varios significados, todos ellos diferentes, de
acuerdo a las áreas de la ciencia, la tecnologı́a, la ingenierı́a y la vida diaria.
Por ejemplo los que manufacturan lámparas, entienden por color el estı́mulo
fı́sico producido por la luz de sus lámparas. En la vida diaria, con frecuencia
la palabra color se usa para designar pigmentos. En Psicofı́sica se le llama
color a la sensación humana. Por lo tanto es deseable diferenciar entre sensación de color y precepción con estı́mulo de color.
Sensación de color y percepción del color son los dos aspectos fundamentales del color que son formados por nuestro sistema visual y por nuestro
cerebro. Estı́mulo de color es la cantidad fı́sica que produce la percepción de
color.
Los materiales usados para colorear objetos, los cuales pueden ser: pigmentos, tintas, pinturas, etc; esos no deben de ser llamados color.
La sensación del color es evocada por un estı́mulo fı́sico de los elementos sensibles a la luz en la retina humana. El estı́mulo consiste de radiación
electromagnética en el espectro visible, comprendiendo longitudes de onda
entre 380 y 780 nm (nanómetros). Los elementos sensibles a la luz conocidos como conos, se pueden separar en tres clases, cada clase es sensible
a una distribución espectral diferente de radiación. Esta tri-cromacidad de
la sensación del color significa que para diferentes distribuciones espectrales podemos producir el mismo color percibido. Tales estı́mulos equivalentes,
aunque tienen distribuciones espectrales diferentes, son llamados metámeros.
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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
El metamerismo es fundamental para la ciencia de la medición del color. Sin
el metamerismo, serı́a imposible poder ver una variación contı́nua del color
en una exhibición de un CRT a color. De hecho casi todos los colores en un
CRT a color son metámeros.
La colorimetrı́a, la ciencia del color es la que permite que la salida del
sistema digital de imágenes reproduzca “fiel y exactamente“ los colores de la
imagen. La ciencia de los dispositivos de calibración de entrada y de salida
de la computadora (scanners, displays, impresoras) y de procesamiento de
imágenes han sido un tema importante de investigación en las últimas decadas.
Colorimetrı́a es la ciencia y la tecnologı́a usados para cuantificar y describir el color, con la ayuda de modelos matemáticos, en la de percepción
humana del color .
Debido a que la percepción del color es un fenómeno psicofı́sico, para
entender un método colorimétrico es conveniente primero hacer una revisión
de las bases fisiológicas de la percepción del color. Posteriormente hablaremos sobre algunos experimentos psicofı́sicos que conducen a una descripción
cuantificada de la igualación del color. Basados en esos hechos, posteriormente serán presentados los métodos estandarizados para la descrippción de
los estı́mulos en la igualación del color, propuestos por la CIE (Commission
International de l’Eclairage), seguido por la introducción de los diferens espacios de color y modelos de apariencia del color.
Desde el punto de vista de la Fotometrı́a, uno de los aspectos mas importantes de la colorimetrı́a es la cuantificación del color, y las propiedades
de las fuentes de luz que intervienen en el desplegado (obtención) del color.
Esto último tiene que ver con la introducción del concepto de correlación
entre temperatura y color.
La medida del color es realizada por medidas de estı́mulos, medidas espectrofotométricas y radiométricas. La técnica para llevar a cabo dichas mediciones se discutirán junto con la descripción de los fundamentos de los
instrumentos de medida.
Este libro es el resultado de la impartición de varios cursos de colorimetrı́a
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en el Instituto Nacional de Astrofı́sica Óptica y Electrónica, a alumnos de
los programas Maestrı́a y Doctorado en Optica.
Este libro consta de cuatro capı́tulos. El primer capı́tulo El ojo es una
compilación muy general sobre el ojo humano, su estrucutra, enfermedades,
defectos, ası́ como su funcionamiento. Se pone especial énfasis en la parte
óptica, que es la responsable de la formación de las imágenes en la retina, y
se mencionan cuales son los detectores responsables de la visión de color en
los humanos. Estos receptores sientan las bases de la teorı́a tricromática del
color.
El capı́tulo titulado ¿Que es la luz? es una breve explicación del significado de la luz, y su influencia en la percepción de los colores.
La teorı́a tricromática del color se explica en este capı́tulo Colorimetrı́a,
es aquı́ donde se menciona el origen de las funciones de igualación de color,
propuestas por la CIE, el significado de los colores metaméricos, y otros conceptos útiles en la medición y cuantificación del color.
El capı́tulo Sistemas de color, menciona cuales son los sistemas de color
mas usados, y sus diferentes trasformaciones y relaciones entre ellos.
Finalmente se agrega el capı́tulo Imágenes multiespectrales, este capı́tulo habla de la generalización de la teorı́a tricromática a más bandas. Se presentan algunos resultados novedosos de su aplicación.
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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Capı́tulo 2
El ojo
Al ojo se le considra como el órgano de la visión en los seres humanos y en
los animales. Los ojos de las diferentes especies varı́an desde las estructuras
simples, capaces de diferenciar sólo entre luz y oscuridad, hasta los órganos
complejos que presentan los seres humanos y otros mamı́feros, que pueden
distinguir variaciones muy pequeñas de forma, color, luminosidad y distancia. En realidad, el órgano que efectúa el proceso de la visión es el cerebro;
la función del ojo es traducir las vibraciones electromagnéticas de la luz en
un determinado tipo de impulsos nerviosos que se transmiten al cerebro a
través del nervio óptico.
2.1.
Anatomı́a comparada
En los animales, los ojos más simples se encuentran en los celentéreos y
ctenóforos, que comprenden los pólipos, las medusas y algunos animales primitivos similares. Sus ojos se llaman ocelos y consisten en grupos de células
pigmentadas asociadas con células sensoriales. Estos grupos celulares suelen
cubrirse con una capa de cutı́cula densa, que forma una especie de lente. Ojos
parecidos, aunque con una estructura algo más compleja, se encuentran en
los gusanos, insectos y moluscos.
En el reino Animal existen dos tipos de ojos según la imagen que forman:
ojos simples y compuestos. Los ojos simples son similares al ojo humano,
aunque los detalles estructurales varı́an en los diferentes grupos. Las especies
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CAPÍTULO 2. EL OJO
menos evolucionadas que han desarrollado este tipo de ojo son algunos peces
cartilaginosos de gran tamaño. Los ojos compuestos, limitados a los artrópodos, constan de una lente con varias facetas o divisiones, cada una de las
cuales forma una imagen individual en una célula de la retina; el resultado
es la creación de un campo visual como un mosaico. En algunos artrópodos,
la estructura del ojo es más sofisticada y origina una imagen combinada.
Los ojos de otros vertebrados son muy parecidos a los de los seres humanos, aunque pueden existir importantes modificaciones. Los de los animales
nocturnos (como gatos, búhos o murciélagos) están provistos sólo de células
con forma de bastones que son más sensibles y numerosas que en la especie
humana. Los ojos de los delfines tienen siete mil veces más bastones que los
humanos, por lo que pueden ver en la profundidad del mar. Los de la mayorı́a
de los peces tienen una córnea plana y una lente globular y, por tanto, están
adaptados para ver objetos cercanos. Sin embargo, los ojos de las aves se
han alargado de adelante hacia atrás, permitiendo que se formen en su retina
imágenes más grandes de los objetos distantes.
2.2.
El ojo humano
El ojo en su conjunto, llamado globo ocular, es una estructura esférica de
aproximadamente 2,5 cm de diámetro con un marcado abombamiento sobre
su superficie delantera. fig:ojo1 El globo ocular se compone de tres capas y
tres cámaras.
La parte exterior, o la cubierta, se compone de tres capas de tejido que
son: La Esclerótica (También llamadada esclerocórnea), la úvea y la retina.
Esclerocórnea es la capa mas exterior, y se compone de la esclera y la
córnea. La esclera es la parte fibrosa que forma la parte blanca del ojo,
y tiene una función de protección. En su zona exterior está recubierta
por una mucosa transparente llamada conjuntiva, cuya irritación da
lugar a las conocidas y frecuentes conjuntivitis. La córnea, es la parte
transparente de la capa externa, es la “ventana óptica“ del ojo, y su
función es, lógicamente óptica (permite el paso de la luz).
2.2. EL OJO HUMANO
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Figura 2.1: Partes fundamentales del ojo humano. En esta figura se muestran
la mayorı́a de los músculos, y componentes del ojo humano.
Úvea la capa media o úvea tiene a su vez tres partes diferenciadas: coroides
que está en la parte posterior, cuerpo ciliar en la zona media y retina.
La úvea es la capa media, tiene una función: el cuerpo ciliar, formado
por los procesos ciliares.
La Úvea es la capa media, y tiene tres partes: la coroides que está en
la parte posterior, y tiene una función tanto nutritiva como de pantalla
pigmentaria, para evitar que entre luz en el ojo por donde “no debe“.
El cuerpo ciliar en la zona media, formado por los procesos ciliares,
encargados de la secreción del lı́quido que rellena la cámara anterior
y que se llama humor acuoso y el músculo ciliar, encargado de variar
la curvatura del cristalino para poder enfocar a distintas distancias.
La tercera parte es el iris, que está en la zona anterior, es la parte
coloreada del ojo y cuya función es regular la cantidad de luz que entra
en el interior del ojo, para lo cual varı́a su tamaño según la intensidad
de luz.
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CAPÍTULO 2. EL OJO
Coroides: La coroides es una capa muy vascularizada, reviste las tres quintas partes posteriores del globoocular. Es una membrana delgada,
aterciopelada, con células de pigmento negro que se encuentra en
contacto con la esclerótica. Su función tanto nutritiva como de
pantalla pigmentaria, es evitar la degradación por la luz extraviada o reflejos internos de la imagen formada.
Cuerpo ciliar: El cuerpo ciliar, está formado por los procesos ciliares, encargados
de la secreción del lı́quido que rellena la cámara anterior y que
se llama humor acuoso y el músculo ciliar, encargado de variar la
curvatura del cristalino para poder enfocar a distintas distancias.
Iris: La tercera parte es el iris, que está en la zona anterior, es la parte
coloreada del ojo y cuya función es regular la cantidad de luz que
entra en el interior del ojo, para lo cual varı́a su tamaño según
la intensidad de luz. Inmediatamente tras el iris, y unido a los
músculos ciliares está el cristalino, la lente del ojo por excelencia.
Tiene forma de lente biconvexa y es capaz de variar su curvatura,
y por tanto su potencia dióptrica por la acción de los músculos
ciliares. Esto será lo que permita enfocar a distintas distancias.
Retina La capa más interna es la retina y es la zona sensible del aparato
visual a la luz. Es donde se deberı́an formar las imágenes para poder
verlas con nitidez. Se encuentra en contacto con la coroides y podrı́a
decirse que la cubre hasta el iris. En ella se proyectan invertidas las
imágenes y de ahı́ se trasmiten al sistema nervioso central. La retina
contiene los neuroreceptores sensibles a la luz: los conos y los bastones.
De ella parte el nervio óptico por lo que se dice que es una extensión
del mismo. Su parte anterior es ciega, y su sensibilidad va en aumento conforme se va alejando de la zona anterior. El punto de mı́nima
sensibilidad es una pequeña hendidura llamada fóvea, que es donde
se encuentra una mayor concentración de las células responsables de
la sensibilidad de la retina: conos y bastones. En la zona posterior hay
una parte ciega, que es donde conecta el nervio óptico y se llama papila.
Conos: Los conos son elementos fotosensibles los cuales son los responsa-
2.2. EL OJO HUMANO
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bles de las sensaciones cromáticas (colores) y de la agudeza visual
y sensibles a estı́mulos luminosos de niveles altos. Existen 7 millones de conos distribuidos en toda la retina. Sin embargo, la
mayorı́a de los conos se concentra en la parte central de la retina
denominada fóvea.
Bastones: Al igual que los conos, los bastones son elementos fotosensibles
pero solamente a la presencia o ausencia de luz, es decir sensaciones acromáticas (Blanco, negro y gris); y a estı́mulos luminosos.
Hay aproximadamente 130 millones de bastones en la retina. La
mayorı́a de los bastones se encuentran distribuidos en la periferia
de la retina.
Las cámaras que forman parte del globo ocular son tres: la anterior, la
posterior y la vı́trea.
Cámara anterior: La cámara anterior es la zona comprendida entre la
córnea y el iris. Está rellena de humor acuoso, lı́quido transparente producido por los procesos ciliares y que es desaguado por el ángulo que
forman iris y córnea. Problemas en este desagüe producen, lógicamente,
aumento de la presión intraocular y dan lugar al temible glaucoma.
Cámara posterior: La cámara posterior, también rellena de humor acuoso, es la zona comprendida entre el iris y el cristalino, y es donde están
los procesos ciliares.
Cámara vı́trea La cámara vı́trea es la zona entre el cristalino y la retina,
y está rellena de un gel transparente y vascular llamado humor vı́treo.
Las vı́as ópticas constituyen la transmisión de los impulsos nerviosos desde la retina hasta la corteza cerebral a través del nervio óptico. Las células
receptoras son los ya mencionados conos y bastones que transforman las
imágenes recibidas en impulsos nerviosos que son trasladadas al cerebro a
través del citado nervio óptico.
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CAPÍTULO 2. EL OJO
Loa anexos del aparato visual, son el sistema óculo motor compuesto por
seis músculos externos que provocan la movilidad del globo ocular. El sistema de protección compuesto por órbita, párpados, conjuntiva, lágrima vias
lagrimales y gándulas lagrimales.
Las partes del ojo que intervienen en el proceso de visión, esto es formacion de imágenes y apreciación del color son: La cornea, el Iris, la retina,
la mácula y el nervio ṕtico. El funcionamiento de este conjunto se explica
en una sección mas adelante. Aquı́ solo se mencionarán sus caracterı́sticas
principales.
Figura 2.2: El color de los ojos es el color del Iris
Córnea La córnea es una membrana resistente, compuesta por cinco capas,
a través de la cual la luz penetra en el interior del ojo. Por detrás, hay
una cámara llena de un fluido claro y húmedo (el humor acuoso) que
separa la córnea de la lente del cristalino. En sı́ misma, la lente es una
esfera aplanada constituida por un gran número de fibras transparentes dispuestas en capas. Está conectada con el músculo ciliar, que tiene
forma de anillo y la rodea mediante unos ligamentos. El músculo ciliar y los tejidos circundantes forman el cuerpo ciliar y esta estructura
aplana o redondea la lente, cambiando su longitud focal.
2.2. EL OJO HUMANO
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Figura 2.3: Partes del ojo humano, corte transversal
Iris El iris es una estructura pigmentada fig:irisdelojo suspendida entre la
córnea y el cristalino y tiene una abertura circular en el centro: la pupila. El tamaño de la pupila depende de un músculo que rodea sus bordes,
aumentando o disminuyendo cuando se contraé o se relaja, controlando
la cantidad de luz que entra en el ojo.
Humor vı́treo Por detrás de la lente, el cuerpo principal del ojo está lleno
de una sustancia transparente y gelatinosa (el humor vı́treo) encerrado
en un saco delgado que recibe el nombre de membrana hialoidea. La
presión del humor vı́treo mantiene distendido el globo ocular.
Retina La retina es una capa compleja fig:ojohumano compuesta sobre todo
por células nerviosas. Las células receptoras sensibles a la luz se encuentran en su superficie exterior detrás de una capa de tejido pigmentado.
Estas células tienen la forma de conos y bastones y están ordenadas
como los fósforos de una caja.
La retina traduce la señal luminosa en señales nerviosas. Está formada por tres capas de células nerviosas. Sorprendentemente, las células
fotosensibles conocidas como conos (cones) y bastones (rods), forman
la pate trasera de la retina (es decir: la más alejada de la apertura del
ojo). Por eso, la luz debe atravesar antes fig:cortebasto las otras dos
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CAPÍTULO 2. EL OJO
Figura 2.4: Corte de la retina, se muestran los conos y los bastones.
capas de células para estimular los conos y los bastones.
Las causas e historia evolutiva de este diseño invertido de la retina no
se conocen bien, pero es posible que esa posición de las células fotosensibles en la zona más posterior de la retina permita que cualquier señal
luminosa dispersa sea absorbida por las células pigmentarias situadas
inmediatamente detrás de la retina, ya que contienen un pigmento oscuro conocido como melanina.
Puede también que estas células con melanina ayuden a restaurar quı́micamente el equilibrio del pigmento fotosensible de los conos y bastones
cuando éste pierde su capacidad debido al desgaste causado por la acción de la luz.
La capa media de la retina contiene tres tipos de células nerviosas: bipolares, horizontales y amacrinas. La conexión de los conos y bastones
con estos tres conjuntos de células es complejo, pero las señales termi-
2.2. EL OJO HUMANO
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nan por llegar a la zona frontal de la retina, para abandonar el ojo a
través del nervio óptico. Este diseño inverso de la retina hace que el
nervio óptico tenga que atravesarla, lo que da como resultado el llamado punto ciego (blind spot) o disco óptico.
Los bastones y conos contienen pigmentos visuales, que son como los
demás pigmentos en el sentido de que absorben la luz dependiendo de
la longitud de onda de ésta. Sin embargo, estos pigmentos visuales tienen la particularidad de que cuando un pigmento absorbe un fotón de
energı́a luminosa, la forma molecular cambia y se libera energı́a.
El pigmento que ha cambiado su estructura absorbe peor la energı́a y
por eso se dice que se ha blanqueado o despigmentado (bleached). La
liberación de energı́a por parte del pigmento y el cambio en la forma
molecular hacen que la célula libere una señal eléctrica mediante un
mecanismo que aun no se conoce por completo.
Mácula Situada detrás de la pupila, la retina tiene una pequeña mancha
de color amarillo, llamada mácula lútea; en su centro se encuentra la
fóvea central, la zona del ojo con mayor agudeza visual.
Fóvea La capa sensorial de la fóvea se compone sólo de células con forma
de conos, mientras que en torno a ella también se encuentran células
con forma de bastones. Según nos alejamos del área sensible, las células
con forma de cono se vuelven más escasas y en los bordes exteriores de
la retina sólo existen las células con forma de bastones.
Nervio Óptico El nervio óptico entra en el globo ocular por debajo y algo inclinado hacia el lado interno de la fóvea central, originando en la
retina una pequeña mancha redondeada llamada disco óptico. Esta estructura forma el punto ciego del ojo, ya que carece de células sensibles
a la luz.
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2.3.
CAPÍTULO 2. EL OJO
Estructuras protectoras
Diversas estructuras, que no forman parte del globo ocular, contribuyen
en su protección. Las más importantes son los párpados superior e inferior.
Estos son pliegues de piel y tejido glandular que pueden cerrarse gracias
a unos músculos y forman sobre el ojo una cubierta protectora contra un
exceso de luz o una lesión mecánica. Las pestañas, pelos cortos que crecen
en los bordes de los párpados, actúan como una pantalla para mantener las
partı́culas y los insectos fuera de los ojos cuando están abiertos. Detrás de los
párpados y adosada al globo ocular se encuentra la conjuntiva, una membrana protectora fina que se pliega para cubrir la zona de la esclerótica visible.
Cada ojo cuenta también con una glándula o carúncula lagrimal, situada en
su esquina exterior. Estas glándulas segregan un lı́quido salino que lubrica la
parte delantera del ojo cuando los párpados están cerrados y limpia su superficie de las pequeñas partı́culas de polvo o cualquier otro cuerpo extraño.
En general, el parpadeo en el ojo humano es un acto reflejo que se produce
más o menos cada seis segundos; pero si el polvo alcanza su superficie y no se
elimina por lavado, los párpados se cierran con más frecuencia y se produce
mayor cantidad de lágrimas. En los bordes de los párpados se encuentran las
glándulas de Meibomio que tienen un tamaño pequeño y producen una secreción sebácea que lubrica los párpados y las pestañas. Las cejas, localizadas
sobre los ojos, también tienen una función protectora, absorben o desvı́an el
sudor o la lluvia y evitan que la humedad se introduzca en ellos. Las cuencas
hundidas en el cráneo en las que se asientan los ojos se llaman órbitas oculares; sus bordes óseos, junto al hueso frontal y a los pómulos, protegen al
globo ocular contra las lesiones traumáticas producidas por golpes o choques.
2.4.
Enfermedades del ojo
Las alteraciones oculares se pueden clasificar según la parte del órgano en
la que se produzcan. La enfermedad más común de los párpados es el orzuelo
o la infección de los folı́culos de las pestañas, que suele estar causada por
estafilococos. Los orzuelos internos no se originan en sus bordes, sino en su
interior, y son unas infecciones similares de las glándulas de Meibomio. A veces, los abscesos de los párpados son el resultado de heridas penetrantes. En
ocasiones, aparecen defectos congénitos de los párpados como la coloboma, o
2.4. ENFERMEDADES DEL OJO
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fisura del párpado, y la ptosis o caı́da del párpado superior. Entre los defectos
adquiridos se encuentra el simbléfaron o la adherencia de la superficie interna
del párpado al globo ocular, que ocurre como resultado de quemaduras. El
entropión, o inversión del interior del párpado hacia la córnea, y el ectropión,
o eversión del párpado hacia el exterior, pueden producirse por cicatrices o
por contracciones musculares espasmódicas debidas a una irritación crónica. Los párpados también padecen diversas enfermedades cutáneas, como el
eccema y el acné, y tumores benignos y malignos. Otra enfermedad común
del ojo es la infección de la conjuntiva, la membrana mucosa que recubre el
interior de los párpados y el exterior del globo ocular.
Conjuntivitis Conjuntivitis, inflamación de la conjuntiva. Esta es una membrana mucosa que recubre la superficie interna de los párpados y la superficie externa del globo ocular en su cara anterior (excepto en su polo
anterior, donde se halla situada la córnea). La causa de la conjuntivitis
puede ser una infección, una alergia o un traumatismo. Se caracteriza
por enrojecimiento, inflamación, sensación de cuerpo extraño al parpadear y exceso de sensibilidad del ojo a la luz (fotofobia). En los casos
graves se produce una exudación mucosa espesa. Si la causa es una
infección, se llega a presentar secreción de pus.
Las conjuntivitis infecciosas agudas están causadas por diversas bacterias y virus, y suelen ser epidémicas. En los recién nacidos se produce
por contaminación en el canal del parto, habitualmente por gonococos
(conjuntivitis gonocócica) o por Clamydia trachomatis (conjuntivitis
de inclusión) ambas son enfermedades maternas de transmisión sexual.
Otra cepa de C. trachomatis transmitida por moscas y mosquitos causa
el tracoma, conjuntivitis crónica tı́pica de áfrica y Asia. Las conjuntivitis gonocócicas y tracomatosas causan ceguera corneal. Las conjuntivitis causadas por exposición excesiva a la luz de la soldadura, a la
nieve o a otra fuente de luz ultravioleta se llaman querato-conjuntivitis.
La mayorı́a de las conjuntivitis bacterianas se tratan con éxito con
antibióticos locales. En todos los recién nacidos se debe aplicar la profilaxis oftálmica de Credé, que consiste en instilar nitrato de plata u
otro antiséptico en el ojo para prevenir la conjuntivitis gonocócica. Las
20
CAPÍTULO 2. EL OJO
conjuntivitis alérgicas se tratan mediante vasoconstrictores o corticoides locales.
Tracoma Tracoma, infección contagiosa de los ojos producida por el microorganismo Clamidia Tracomatis, emparentado con el microorganismo
responsable de la psitacosis. La enfermedad se propaga por la picadura
de una mosca que alberga al microorganismo. Se desarrollan pústulas
duras y gránulos en la cara interna de los párpados y una inflamación
de la conjuntiva. Después se lesiona también la córnea. En el norte de
áfrica el tracoma es una de las principales causas de ceguera. Afecta a
las poblaciones que viven en condiciones sanitarias precarias.
La enfermedad empieza, tras un periodo de incubación de cinco a seis
dı́as, con la irritación de los ojos, seguida de secreción purulenta, inflamación del borde de las pestañas, lagrimeo, e hipersensibilidad a la
luz. La inflamación se cronifica en las siguientes semanas, se producen
ampollas y se lesiona la córnea; ésta es la causa de la ceguera. En las
etapas iniciales el tracoma se puede curar si se administran los antibióticos de amplio espectro adecuados, por vı́a tópica o en ocasiones
por vı́a oral. En la década de 1950, la Organización Mundial de la Salud (OMS) estableció un programa para erradicar la enfermedad en el
mundo.
Las alteraciones de la córnea suelen ser el resultado de una herida y
pueden dar lugar a la pérdida de la transparencia y a una visión deteriorada. Sin embargo, también pueden producirse como consecuencia
secundaria de una enfermedad; es el caso del edema o hinchazón de la
córnea que, a veces, acompaña al glaucoma.
Glaucoma Glaucoma, enfermedades del ojo caracterizadas por un exceso de
presión intraocular que produce pérdida progresiva del campo visual y
de la vista.
Los glaucomas más frecuentes, llamados primarios o idiopáticos, pueden
ser de dos tipos: de ángulo abierto (crónico simple) y de ángulo estrecho
(agudo). Los glaucomas secundarios están causados por infecciones, tumores o traumatismos. Un tercer grupo, los glaucomas congénitos, se
2.4. ENFERMEDADES DEL OJO
21
deben a malformaciones congénitas.
La presión intraocular mantiene la forma esférica del globo ocular, imprescindible para su comportamiento óptico. Su valor fisiológico varı́a
entre 15 y 20 mm de mercurio. Se regula por el balance entre la producción de humor acuoso y su salida del globo ocular. En el glaucoma la
salida está obstruida en el ángulo de la cámara anterior. La enfermedad
se desarrolla en las personas de mediana edad o en los ancianos, aunque no son infrecuentes los glaucomas congénitos, infantiles o juveniles.
Los pacientes con glaucoma crónico simple (de ángulo abierto) suelen
tener antecedentes familiares; la lesión ocular progresa sin causar grandes daños aparentes, con pérdida del campo visual, aunque la elevación
de la tensión intraocular sea moderada y no haya sı́ntomas agudos. El
glaucoma de ángulo estrecho, por el contrario, produce dolor, infección
(rojez) conjuntival, dilatación de la pupila y grave pérdida de visión. La
córnea se vuelve opaca y la presión intraocular es alta. El campo visual
se reduce de forma progresiva al avanzar la enfermedad; este fenómeno
se demuestra con un instrumento oftálmico llamado campı́metro. Como
la presión intraocular aumenta con la ingesta de lı́quidos, el glaucoma
de ángulo abierto se puede diagnosticar haciendo beber al paciente una
determinada cantidad de agua y midiendo la presión, antes y después,
con el tonómetro. En el glaucoma de ángulo estrecho el diagnóstico es
directo con una única medida tonométrica.
El glaucoma crónico simple responde bien a la medicación local para
aumentar el flujo de salida del humor acuoso. Hay también medicaciones sistémicas que disminuyen su producción. Si la enfermedad no
responde al tratamiento médico es necesario aplicar la cirugı́a creando (con rayo láser o con cirugı́a convencional) una nueva salida para
el lı́quido intraocular. El glaucoma agudo es una urgencia médica: si
la presión se mantiene elevada durante más de 24 horas se produce un
daño irreversible en la visión. Para tratarlo son necesarios el tratamiento médico y a veces el quirúrgico.
Antes se prohibı́a a los enfermos de glaucoma los estimulantes y las
22
CAPÍTULO 2. EL OJO
especias. No existe ningún trabajo que soporte esta afirmación. Sı́ deben evitar la ingestión de grandes cantidades de lı́quido en poco tiempo
La coroides o capa media del globo ocular contiene la mayorı́a de los
vasos sanguı́neos del ojo, por ello es el lugar donde se suelen producir las
infecciones bacterianas y las secundarias debidas a intoxicaciones. Entre las
primeras destacan las producidas por las bacterias de la tuberculosis y de
la sı́filis. El cáncer se puede desarrollar en los tejidos coroideos o puede ser
transportado hasta el ojo desde tumores situados en cualquier otra parte
del cuerpo; la retina, que se extiende inmediatamente detrás de la coroides,
está también sujeta al mismo tipo de infecciones. La fibroplasia retrolental es
una enfermedad de los niños prematuros que origina el desprendimiento de
la retina y una ceguera parcial; aunque se desconocen sus causas, esta enfermedad está asociada con anomalı́as en los vasos sanguı́neos. También puede
desprenderse la retina después de una intervención quirúrgica de cataratas; a
veces, se utilizan los rayos láser para unir de nuevo la retina desprendida en
el interior del ojo. Otra enfermedad, llamada degeneración macular, afecta
a la mácula lútea y es una causa frecuente de la pérdida de la visión en las
personas mayores.
El nervio óptico contiene las fibras nerviosas de la retina que llevan los
impulsos nerviosos hasta el cerebro. La arteria y la vena centrales irrigan la
retina y el nervio óptico, cuya vaina se comunica con los espacios linfáticos
cerebrales. La inflamación de la parte del nervio situada en el interior del ojo
se llama neuritis óptica o papilitis, y la que ocurre en la parte que está detrás
del ojo, neuritis retrobulbar. Cuando la presión en el cráneo es elevada o se
produce un incremento de la presión arterial, como ocurre en los tumores
cerebrales, se produce el edema o hinchazón del lugar por donde el nervio
óptico entra en el ojo o disco óptico. Esta alteración se denomina papiloedema.
2.5.
Defectos del ojo humano
Las diferencias de tamaño relativo de las estructuras del ojo originan los
defectos de la hipermetropı́a o presbicia y la miopı́a o cortedad de vista. Debido a la estructura nerviosa de la retina, los ojos ven con una claridad mayor
2.5. DEFECTOS DEL OJO HUMANO
23
sólo en la región de la fóvea. Las células con forma de conos están conectadas
de forma individual con otras fibras nerviosas, de modo que los estı́mulos
que llegan a cada una de ellas se reproducen y permiten distinguir los pequeños detalles. Por otro lado, las células con forma de bastones se conectan
en grupo y responden a los estı́mulos que alcanzan un área general (es decir,
los estı́mulos luminosos), pero no tienen capacidad para separar los pequeños
detalles de la imagen visual. La diferente localización y estructura de estas
células conducen a la división del campo visual del ojo en una pequeña región
central de gran agudeza y en las zonas que la rodean, de menor agudeza y
con una gran sensibilidad a la luz. Ası́, durante la noche, los objetos confusos
se pueden ver por la parte periférica de la retina cuando son invisibles para
la fóvea central.
El mecanismo de la visión nocturna implica la sensibilización de las células
en forma de bastones gracias a un pigmento, la púrpura visual o rodopsina,
sintetizado en su interior. Para la producción de este pigmento es necesaria
la vitamina A y su deficiencia conduce a la ceguera nocturna. La rodopsina
se blanquea por la acción de la luz y los bastones deben reconstituirla en
la oscuridad, de ahı́ que una persona que entra en una habitación oscura
procedente del exterior con luz del sol, no puede ver hasta que el pigmento
no empieza a formarse; cuando los ojos son sensibles a unos niveles bajos de
iluminación, quiere decir que se han adaptado a la oscuridad.
En la capa externa de la retina está presente un pigmento marrón o pardusco que sirve para proteger las células con forma de conos de la sobreexposición a la luz. Cuando la luz intensa alcanza la retina, los gránulos de este
pigmento emigran a los espacios que circundan a estas células, revistiéndolas
y ocultándolas. De este modo, los ojos se adaptan a la luz.
Nadie es consciente de las diferentes zonas en las que se divide su campo visual. Esto es debido a que los ojos están en constante movimiento y
la retina se excita en una u otra parte, según la atención se desvı́a de un
objeto a otro. Los movimientos del globo ocular hacia la derecha, izquierda,
arriba, abajo y a los lados se llevan a cabo por los seis músculos oculares y
son muy precisos. Se ha estimado que los ojos pueden moverse para enfocar
en, al menos, cien mil puntos distintos del campo visual. Los músculos de los
dos ojos funcionan de forma simultánea, por lo que también desempeñan la
importante función de converger su enfoque en un punto para que las imáge-
24
CAPÍTULO 2. EL OJO
nes de ambos coincidan; cuando esta convergencia no existe o es defectuosa
se produce la doble visión. El movimiento ocular y la fusión de las imágenes
también contribuyen en la estimación visual del tamaño y la distancia.
2.6.
Funcionamiento del Ojo
En general, los ojos de los animales funcionan como unas cámaras fotográficas sencillas. La lente del cristalino forma en la retina una imagen
invertida de los objetos que enfoca y la retina se corresponde con la pelı́cula
sensible a la luz.
El 50 % de la información que recibimos de nuestro entorno la recibimos a
través de los ojos. La ingente información que recibimos en un simple vistazo
a nuestro entorno se guarda durante un segundo en nuestra memoria y luego
la deshechamos casi toda. No nos fijamos en casi nada!
El ojo humano es un sistema óptico formado por un dioptrio esférico y una
lente, que reciben, respectivamente, el nombre de córnea y cristalino, y que
son capaces de formar una imagen de los objetos sobre la superficie interna
del ojo, en una zona denominada retina, que es sensible a la luz.
El enfoque del ojo se lleva a cabo debido a que la lente del cristalino se
aplana o redondea; este proceso se llama acomodación. En un ojo normal no
es necesaria la acomodación para ver los objetos distantes, pues se enfocan
en la retina cuando la lente está aplanada gracias al ligamento suspensorio.
Para ver los objetos más cercanos, el músculo ciliar se contrae y por relajación del ligamento suspensorio, la lente se redondea de forma progresiva.
Un niño puede ver con claridad a una distancia tan corta como 6,3 cm. Al
aumentar la edad del individuo, las lentes se van endureciendo poco a poco
y la visión cercana disminuye hasta unos lı́mites de unos 15 cm a los 30 años
y 40 cm a los 50 años. En los últimos años de vida, la mayorı́a de los seres
humanos pierden la capacidad de acomodar sus ojos a las distancias cortas.
Esta condición, llamada presbiopı́a, se puede corregir utilizando unas lentes
convexas especiales.
En la figura anterior fig:figuraojo se ven claramente las partes que forman el ojo. Tiene forma aproximadamente esférica y está rodeado por una
2.6. FUNCIONAMIENTO DEL OJO
25
Figura 2.5: Partes del ojo humano que intervienen en elproceso de visión
membrana llamada esclerótica que por la parte anterior se hace transparente
para formar la córnea.
Tras la córnea hay un diafragma, el iris, que posee una abertura, la pupila, por la que pasa la luz hacia el interior del ojo. El iris es el que define el
color de nuestros ojos y el que controla automáticamente el diámetro de la
pupila para regular la intensidad luminosa que recibe el ojo.
El cristalino está unido por ligamentos al músculo ciliar. De esta manera
el ojo queda dividido en dos partes: la posterior que contiene humor vı́treo y
la anterior que contiene humor acuoso. El ı́ndice de refracción del cristalino
es 1,437 y los del humor acuoso y humor vı́treo son similares al del agua.
El cristalino enfoca las imágenes sobre la envoltura interna del ojo, la
retina. Esta envoltura contiene fibras nerviosas (prolongaciones del nervio
óptico) que terminan en unas pequeñas estructuras denominadas conos y
bastones muy sensibles a la luz. Existe un punto en la retina, llamado fóvea,
alrededor del cual hay una zona que sólo tiene conos (para ver el color). Durante el dı́a la fóvea es la parte más sensible de la retina y sobre ella se forma
la imagen del objeto que miramos.
Los millones de nervios que van al cerebro se combinan para formar un nervio
óptico que sale de la retina por un punto que no contiene células receptores.
Es el llamado punto ciego.
26
CAPÍTULO 2. EL OJO
La córnea refracta los rayos luminosos y el cristalino actúa como ajuste
para enfocar objetos situados a diferentes distancias. De esto se encargan los
músculos ciliares que modifican la curvatura de la lente y cambian su potencia. Para enfocar un objeto que está próximo, es decir, para que la imagen se
forme en la retina, los músculos ciliares se contraén, y el grosor del cristalino
aumenta, acortando la distancia focal imagen. Por el contrario si el objeto
está distante los músculos ciliares se relajan y la lente adelgaza. Este ajuste
se denomina acomodación o adaptación.
El ojo sano y normal ve los objetos situados en el infinito sin acomodación
enfocados en la retina. Esto quiere decir que el foco está en la retina y el
llamado punto remoto (Pr) está en el infinito.
Se llama punto remoto la distancia máxima a la que puede estar situado
un objeto para que una persona lo distinga claramente y punto próximo a la
distancia mı́nima.
Un ojo normal será el que tiene un punto próximo a una distancia “d“
de 25 cm, (para un niño puede ser de 10 cm) y un punto remoto situado en
el infinito. Si no cumple estos requisitos el ojo tiene algún defecto.El sistema
visual humano, se puede considerar como una cámara viviente que enfoca un
objeto dentro de sus campo visual y fig:ojofun proyecta sobre la retina, posteriormente los dos nervios ópticos de cada ojo se combinan y se dividen en
el “chiasma óptico“, el cual se puede considerar como el tablero de cambios
(switch) de las señales ópticas
El ojo percibe sensaciones luminosas por medio de cuatro clases de cééulas
que están en la retina: a la primera se le conoce como bastones, mientras que
a las otras se les llaman conos; los cuales a su vez son de tres tipos largos
medios cortos. Las personas ciegas al color pueden no tener los tres tipos de
conos. Los conos son capaces de distinguir color, esto es la mera definición de
color, también como la intensidad de la luz; esto se debe a que son incapaces
de distinguir el color en lugares con poca luz (lugares tenues).
Los bastones son sensibles a intensidades mucho más bajas que los conos
y se usan esencialmente en la visión nocturna; en la visión diurna, no se usan,
y son saturados, de tal manera que no se toman en cuenta.
2.7. CONOS Y BASTONES
27
Figura 2.6: El ojo humano funciona como una cámara fotográfica
2.7.
Conos y bastones
Al igual que en la fotografı́a, la cantidad de luz juega un papel importante en la visión. Ası́, en condiciones de buena iluminación (más de 3 cd/m2)
como ocurre de dı́a, la visión es nı́tida, detallada y se distinguen muy bien
los colores; es la visión fotópica. Para niveles inferiores a 0.25 cd/m2 desaparece la sensación de color y la visión es más sensible a los tonos azules
y a la intensidad de la luz. Es la llamada visión escotópica. En situaciones
intermedias, la capacidad para distinguir los colores disminuye a medida que
baja la cantidad de luz pasando de una gran sensibilidad en el amarillo a una
hacia el azul. Es la visión mesiópica.
De acuerdo al grado de luminosidad existente en un medio ambiente determinado se activa la participación de uno u otro fotoreceptor retinal. Este
hecho a dado lugar a la clasificación de las funciones de respuesta fotópica y
escotópica.
De esta manera, la función fotópica o también denominada visión fóvea,
ocurre bajo condiciones de alta iluminación, cuando la función de luminosidad es mediada por los conos, es sensible al color, presenta alta agudeza
visual y un campo de visión restringido (recuérdese que los conos se encuentran distribuidos principalmente en la región central de la retina).
La función escotópica o visión periférica, ocurre con bajas condiciones de
iluminación, es mediada por la acción de los bastones, insensible al color,
28
CAPÍTULO 2. EL OJO
sensitiva a la luz baja, con un amplio campo de visión y con una agudeza
visual pobre. Los bastones son sensibles a niveles muy bajos de iluminación
y son los responsables de nuestra capacidad de ver con poca luz (visión escotópica). Contienen un pigmento cuyo máximo de sensibilidad se halla en
la zona de los 510 nanómetros (o sea, la zona de los verdes). Al pigmento de
los bastones, la rodopsina, se la suele llamar ’púrpura visual’, ya que cuando
los quı́micos logran extraerlo en cantidad suficiente, tienen una apariencia
púrpurea. La visión escotópica carece de color, ya que una función de sensibilidad con un espéctro único es ajena al color, por lo que la visión escotópica
es monocromática.
Un tercer tipo de función ó visión (mesópica) ocurre cuando tanto conos
y bastones son activados, por ejemplo, bajo condiciones intermedias de iluminación, tales como en el crepúsculo o en el anochecer.
Dada la mayor distribución de los conos en la fóvea y su casi ausencia en
la periferia, se produce un fenómeno curioso: cuando se mira directamente
una luz débil –de modo que la luz incida en la parte central de la retina–,
la luz desaparece ya que los conos llevan a cabo la función fotópica y la estimulación recibida corresponde a la función escotópica. Es por ello que los
astrónomos, cuando observan una estrella deben hacerlo de“reojo“, de manera que la estimulación se reciba en las áreas periféricas de la retina en donde
se encuentran los bastones los cuales responden a la función escotópica.
En estas condiciones, se definen unas curvas de sensibilidad del ojo a la
luz visible para un determinado observador patrón que tiene un máximo de
longitud de onda de 555 nm (amarillo verdoso) para la visión fotópica y otro
de 480 nm (azul verdoso) para la visión escotópica. Al desplazamiento del
máximo de la curva al disminuir la cantidad de luz recibida se llama efecto
Purkinje. Los conos y bastones son fotorreceptores sensibles a fig:sensible los
diferentes tipos de luz. Los bastones se ubican en casi toda la retina exceptuando la fóvea; una depresión formada en la retina en la zona de la mácula
densa. Los conos en cambio, están en casi toda la superficie que abarca la
retina. Existen aproximadamente unos cien millones de bastones y tres millones de conos en cada ojo. La capa sensorial de la fóvea se compone sólo de
células con forma de conos, mientras que en torno a ella también se encuentran células con forma de bastones. Según nos alejamos del área sensible, las
células con forma de cono se vuelven más escasas y en los bordes exteriores
de la retina sólo existen las células con forma de bastones.
2.7. CONOS Y BASTONES
29
Figura 2.7: Vision escotópica.
Debido a la estructura nerviosa de la retina, los ojos ven con una mayor
claridad sólo en la región de la fóvea. Las células con forma de conos están
conectadas de forma individual con otras fibras nerviosas, de modo que los
estı́mulos que llegan a cada una de ellas se reproducen y permiten distinguir
los pequeños detalles. Por otro lado, las células con forma de bastones se
conectan en grupo y responden a los estı́mulos que alcanzan un área general,
pero no tienen capacidad para separar los pequeños detalles de la imagen
visual. La diferente localización y estructura de estas células conducen a la
división del campo visual del ojo en una pequeña región central de gran
agudeza y en las zonas que la rodean, de menor agudeza y con una gran sensibilidad a la luz. Ası́, durante la noche, los objetos confusos se pueden ver
por la parte periférica de la retina cuando son invisibles para la fóvea central.
El mecanismo de la visión nocturna implica la sensibilización de las células
en forma de bastones gracias a un pigmento, la púrpura visual o rodopsina,
sintetizado en su interior. Para la producción de este pigmento es necesaria
la vitamina A y su deficiencia conduce a la ceguera nocturna. La rodopsina
se blanquea por la acción de la luz y los bastones deben reconstituirla en
la oscuridad, de ahı́ que una persona que entra en una habitación oscura
procedente del exterior con luz del sol, no puede ver hasta que el pigmento
no empieza a formarse; cuando los ojos son sensibles a unos niveles bajos de
30
CAPÍTULO 2. EL OJO
iluminación, quiere decir que se han adaptado a la oscuridad.
En la capa externa de la retina está presente un pigmento marrón o pardusco
Figura 2.8: Respuesta de los conos y bastones.
que sirve para proteger las células con forma de conos de la sobre exposición
a la luz. Cuando la luz intensa alcanza la retina, los gránulos de este pigmento emigran a los espacios que circundan a estas células, revistiéndolas y
ocultándolas. De este modo, los ojos se adaptan a la luz.
Se les llaman largos, medios y cortos a los conos, debido a sus picos de
sensitividad están situados el las longitudes de onda larga, corta y media
respectivamente están alrededor de 570 nm 543 nm y 442 nm.
Los conos no juegan un papel simétrico, los conos largos y medios participan en la sensaci ón de brillo o luminosidad, mientras que los conos cortos
participan mucho menos a este tipo de sensaciones,por ejemplo, el brillo produce una respuesta en los conos largos y medios y hace que la pupila del ojo
2.7. CONOS Y BASTONES
31
se cierre, el brillo puede ser medido con poca objetividad debido a la rápida
alternancia de dos luces de diferente brillo causan la impresión de parpadeo
el cual no es causado por la fig:fotopi mera sensación de color. Se puede definir y medir la respuesta del ojo humano al brillo. En términos matemáticos,
las funciones de respuesta de los tres conos son positivas y lineales (definidas
con la multiplicación de una constante positiva) en el espacio de dimensión
infinita del espectro de un cono. La función del brillo es una combinación
lineal de las funciones de respuesta de los conos largo y medios.
Los conos son los que proporcionan la visión en color. Hay tres clases de
conos. Cada una de ellos contiene un pigmento fotosensible distinto. Los tres
pigmentos tienen su capacidad máxima de absorción hacia los 430, 530 y 560
nanómetros de longitud de onda, respectivamente. Por eso se los suele llamar
“azule“, “verdes“ y “rojos“. No es que los conos se llamen ası́ por su pigmentación, sino por el supuesto ’color de la luz’ al que tienen una sensibilidad
óptima.
Esta terminologı́a es bastante desafortunada, ya que las luces monocromáticas de 430, 530 y 560 nm. de longitud de onda no causan realmente
la percepción de azul, verde y rojo, sino la de violeta, azul verdoso y amarillo verdoso. Por eso, las denominaciones conos cortos, conos medios y conos
largos, por el tipo de longitud de onda al que son sensibles comparativamente, es más lógica (las abreviaciones en inglés son: S-cones (cortos), M-cones
(medios) y L-cones (largos)).
La existencia de tres funciones de sensibilidad espectral proporciona la
base de la visión en color, ya que cada longitud de onda causará una proporción única de respuestas en los conos sensibles a longitudes cortas, medias
y largas. Son los conos quienes nos proporcionan la visión en color (visión
fotópica), que permite distinguir notablemente bien pequeños cambios en la
composición de longitudes de onda de una luz.
32
CAPÍTULO 2. EL OJO
Capı́tulo 3
¿Qué es la luz?
La luz (del latı́n lux, lucis) es una onda electromagnética capaz de ser
percibida por el ojo humano y cuya frecuencia determina su color. La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, ası́ como su control y
aplicaciones se denomina luminotecnia.
Del lat. lux, lucis. 1. f. Agente fı́sico que hace visibles los objetos. 2. f. Claridad que irradian los cuerpos en combustión, ignición o incandescencia.
Espectro de la luz blancaEspectro de la luz blanca1 elemento
Espectro, serie de colores semejante a un arco iris (por este orden: violeta,
azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo) que se produce al dividir una luz
compuesta como la luz blanca en sus colores constituyentes. El arco iris es
un espectro natural producido por fenómenos meteorológicos. Puede lograrse
un efecto similar haciendo pasar luz solar a través de un prisma de vidrio. La
primera explicación correcta de este fenómeno la dio en 1666 el matemático
y fı́sico británico Isaac Newton.
Cuando un rayo de luz pasa de un medio transparente como el aire a otro
medio transparente, por ejemplo vidrio o agua, el rayo se desvı́a; al volver
a salir al aire vuelve a desviarse. Esta desviación se denomina refracción; la
magnitud de la refracción depende de la longitud de onda de la luz. La luz
violeta, por ejemplo, se desvı́a más que la luz roja al pasar del aire al vidrio o
del vidrio al aire. Ası́, una mezcla de luces roja y violeta se dispersa al pasar
por un prisma en forma de cuña y se divide en dos colores. Ver Óptica.
Los aparatos para observar visualmente un espectro se denominan espectroscopios; los que sirven para observar y registrar un espectro fotográficamente se llaman espectrógrafos; los empleados para medir la intensidad de
33
34
CAPÍTULO 3. ¿QUÉ ES LA LUZ?
las diferentes partes del espectro se denominan espectrofotómetros. La ciencia que utiliza los espectroscopios, espectrógrafos y espectrofotómetros para
estudiar los espectros se conoce como espectroscopia. Para medidas espectroscópicas extremadamente precisas se emplean interferómetros. En el siglo
XIX, los cientı́ficos descubrieron que más allá del extremo violeta del espectro podı́a detectarse una radiación invisible para el ojo humano pero con una
marcada acción fotoquı́mica; se la denominó radiación ultravioleta. Igualmente, más allá del extremo rojo del espectro se detectó radiación infrarroja
que aunque era invisible transmitı́a energı́a, como demostraba su capacidad
para hacer subir un termómetro. Como consecuencia, se redefinió el término
espectro para que abarcara esas radiaciones invisibles, y desde entonces se ha
ampliado para incluir las ondas de radio más allá del infrarrojo y los rayos
X y rayos gamma más allá del ultravioleta.
En la actualidad, el término espectro se aplica frecuentemente en un sentido más amplio a cualquier distribución ordenada producida por el análisis
de un fenómeno complejo. Un sonido complejo, como por ejemplo un ruido,
puede analizarse como un espectro acústico formado por tonos puros de diferentes frecuencias. Igualmente, una mezcla compleja de elementos o isótopos
con distinta masa atómica puede ser separada en una secuencia ordenada
según su masa atómica y denominada espectro de masas (véase Espectrógrafo de masas).
La espectroscopia no sólo ha proporcionado un método importante y sensible para el análisis quı́mico, sino que ha sido el principal instrumento para
descubrimientos en campos aparentemente no relacionados, como la astrofı́sica o la teorı́a atómica. En general, los cambios en el movimiento de los electrones exteriores de los átomos dan lugar a espectros en la región visible,
infrarroja y ultravioleta. Los cambios en el movimiento de los electrones interiores de los átomos pesados producen espectros de rayos X. Los cambios en
la configuración del núcleo de un átomo producen espectros de rayos gamma.
Los cambios en la configuración de las moléculas producen espectros visibles
e infrarrojos. Ver Átomo; Radiación electromagnética; Luminiscencia.
Los distintos colores de luz tienen en común el ser radiaciones electromagnéticas que se desplazan con la misma velocidad, aproximadamente
300.000 kilómetros por segundo. Se diferencian en su frecuencia y longitud de
onda (la frecuencia es igual a la velocidad de la luz dividida entre la longitud
de onda). Dos rayos de luz con la misma longitud de onda tienen la misma
frecuencia y el mismo color. La longitud de onda de la luz es tan corta que
suele expresarse en nanómetros (nm), que equivalen a una milmillonésima de
3.1. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
35
metro, o una millonésima de milı́metro. La longitud de onda de la luz violeta varı́a entre unos 400 y 450 nm, y la de la luz roja entre unos 620 y 760
nm. Buscar en esta página Ver página para imprimir Enviar Cómo citar esR Encarta°
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3.1.
El espectro electromagnético
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Reproducción del color en la pantalla del televisor 1. Introducción La colorimetrı́a es la ciencia que trata la medida de los colores. En particular, para
televisión, especifica la proporción de 3 colores primarios necesaria para reproducir un color determinado. Para conseguir esto se recurre a un aparato
llamado colorimetro, con el cual, mediante medios fotoeléctricos o de apreciación visual se busca reproducir el color bajo estudio. Las fuentes de energı́a
lumı́nica necesarias son 3 focos correspondientes a sendos colores primarios
antes mencionados. Las potencias de estos focos se regulan a la vez que se
superponen los 3 haces sobre una pantalla blanca. El objetivo es repetir el
color que se toma como referencia. 2. Luz y radiacion electromagnetica Las
ondas electromagnéticas se propagan por el espacio a la velocidad de la luz,
unos 300000Km/s. Parte del espectro electromagnético, la gama que va desde
los 3.8 1014 Hz hasta los 7.8 1014 Hz, excitan la retina del ojo produciendo
sensaciones de color y brillo. La luz solar (luz blanca) esta formada por todo
36
CAPÍTULO 3. ¿QUÉ ES LA LUZ?
el conjunto de radiaciones visibles monocromáticas que estimulan el ojo humano generando una sensación de luminosidad exenta de color. Se entiende
por radiación monocromática a cada una de las posibles componentes de la
luz, correspondientes a cada frecuencia ( o longitud de onda) del espectro
electromagnético. Considérese el siguiente experimento: hacer incidir un rayo de luz blanca que atraviesa un prisma sobre una superficie blanca. Como
la luz esta compuesta por diferentes frecuencias, y el ángulo de refracción
aumenta con la frecuencia de la onda, el resultado obtenido sobre la pared
blanca es la descomposición de la luz blanca en un conjunto de tonalidades.
Este experimento fue realizado por Isaac Newton, y cada tonalidad obtenida
de esta manera es referida como componente espectral de la luz. De esta manera es común hablar de frecuencia o longitud de onda de un determinado
tono (aquı́, no es conveniente usar la palabra ¨ color ¨ ). La relación entre
longitud de onda ( l ) y frecuencia ( f ) de la radiación monocromática ,
correspondiente a una componente espectral, viene dada por: l .f = c Donde
c es la velocidad de la luz, 300000 Km/s, aproximadamente. El siguiente grafico muestra las escalas comparativas de frecuencia y longitud de onda del
espectro visible. Notar que a medida que aumenta la frecuencia, la longitud
de onda disminuye, y viceversa. Esto es ası́ porque la relación entre ambas
es inversamente proporcional (la velocidad de la luz no varia en un mismo
medio). Por ejemplo, se puede apreciar que para un tono rojo, el valor de frecuencia es de los más pequeños dentro de la gama visible (aproximadamente
4.1014HZ), pero la longitud de onda de ese mismo rojo, es de las mayores
en magnitud (unos 700nm) En el grafico anterior, se han destacado especialmente las zonas donde se encuentra aquellas tonalidades que consideramos
importantes: la zona de rojos hacia la izquierda y la de azules hacia la derecha. En el centro se ubican tonalidades verdes. A continuación se puede
ver un grafico con las distintas tonalidades o componentes espectrales, que
va desde las menores frecuencias (rojos) a mayores frecuencias (violetas) Por
debajo y encima de esta franja se encuentran las gamas del infrarrojo y del
ultravioleta, respectivamente, las cuales no son visibles al ojo. En el grafico
del espectro se puede notar como entre el rojo y el verde se ubican tonos
naranjas y amarillos. Lo propio ocurre entre el verde y el azul, donde se ubican tonalidades verdes-azuladas (ciano es el nombre técnico). La comisión
Internacional del color (CIE, siglas del francés), data desde principios del
siglo 20 y es el organismo mundial que estudia todo lo concerniente al color y
como el ojo es afectado por este. 3. El color y la fisiologı́a ocular Los estudios
sobre el sistema visual humano, establecen que en el ojo existen unas células
3.1. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
37
llamadas conos que reaccionan frente al color. Estas células se presentan en
3 tipos diferentes: un tipo de conos reaccionan frente a longitudes de onda de
la gama central del espectro (verdes), un segundo grupo de conos reaccionan
ante la gama de tonos rojos, y un tercer tipo de conos, son especialmente
excitados por la banda de tonos azules. Esta es la razón principal para que
en televisión se hayan elegidos como colores primarios el rojo ( R ) ,el verde
( G ) y el azul ( B ). Bien se podrı́a haber seleccionado otra terna, pero es
muy importante aprovechar esta caracterı́stica fisiológica del ojo. 4. Curva
de visibilidad relativa No todos los colores tienen la misma luminosidad, a
igualdad de potencia en luces de distintos colores, no presentan estas el mismo brillo. Por ejemplo, un color amarillo generado por una fuente lumı́nica
de 100 watts presenta al ojo una sensación de brillo mucho mayor que un
color azul generado por otra fuente lumı́nica de igual potencia. Es decir, a
pesar de que ambas fuentes luminosas tienen igual energı́a, la luz amarilla
presenta una sensación de brillo considerablemente mayor que la luz azul.
Partiendo de este hecho, la CIE construyo una curva universal que representa la luminancia relativa respecto de cada radiación visible monocromática.
El máximo de esta curva se encuentra en los 555 nm (color verde amarillo) y
los mı́nimos en los limites de la visión humana, por debajo 400nm y arriba
de 700nm, o sea en las regiones que tienden al espectro ultravioleta y al infrarrojo (radiaciones no visibles para el ojo humano). Existen tres longitudes
de onda de gran importancia en esta curva, que son las de 470nm, 535nm
y 610nm correspondientes a tonalidades azul verde y roja respectivamente.
Para la construcción de esta curva, se calcula la potencia Pl para cada l ,
luego se obtiene la inversa 1/Pl y finalmente se hace un cambio de ordenadas
y se asigna al máximo el valor 1.
En caso de iluminación crepuscular, la curva mantiene su forma pero se
corre el máximo hacia los 500 nm. 5. Teoria de los 3 colores y mezcla aditiva
Se llama tricromia al procedimiento por el cual se puede atribuir 3 coeficientes
a cada mezcla de 3 colores primarios, y de esta manera obtener cualquiera de
los restantes colores. La teorı́a en cuestión establece que se pueden reproducir
los colores espectrales a partir de 3 de ellos, si estos cumplen la condición
de ser primarios. Un color (del conjunto de 3) es primario si no puede ser
obtenido por mezcla de los otros 2. Los colores primarios elegidos son rojo,
verde y azul. Se deduce que 2 de ellos se encuentran próximos a los extremos
del espectro visible y el restante en el centro del mismo. Existen 2 métodos
de mezcla de colores bien diferenciados: Mezcla aditiva (cumple el principio
de superposición) Mezcla sustractiva (también llamada multiplicativa, a ve-
38
CAPÍTULO 3. ¿QUÉ ES LA LUZ?
ces) La mezcla aditiva, como el caso de superposición de luminarias sobre
una misma pantalla, es el método utilizado en TV color para la reproducción de las imágenes coloreadas. La mezcla sustractiva se suele utilizar en la
técnica de mezcla de pinturas donde un pigmento actúa como filtro de un
determinado color y no vale el principio de superposición. El grafico anterior
muestra el principio de mezcla aditiva de colores, que es el fundamento de
la técnica de televisión color. Por ejemplo, para generar un color amarillo
en una pantalla de televisión, se prenden simultáneamente los fósforos verde y rojo, mientras que el fósforo azul se mantiene apagado. En casos de
representación de colores con otros dispositivos (oleos en pinturas, tintas en
impresoras, etc) dependerá de las caracterı́sticas de cada caso, si la mezcla de
colores se podrá considerar aditiva o sustractiva. 6. Colores de un objeto El
color de una fuente de luz es el correspondiente a la longitud o longitudes de
onda que radia El color de un objeto (no radiante) dependerá de la radiación
visible que este absorbe o refleje hacia el ojo humano. También dependerá de
la intensidad de luz con que se ilumine, del fondo de imagen y otros tantos
factores. Entonces se puede hacer la siguiente clasificación: Objeto incoloro:
el que transmite todas las radiaciones que recibe. Objeto blanco: el que difunde omnidirrecionalmente y sin absorción todas las radiaciones que recibe.
Objeto negro: el que absorbe todas las radiaciones incidentes. Objeto gris:
el que difunde o transmite parcialmente y por igual todas las radiaciones
incidentes. Objeto coloreado: todo objeto que no es blanco ni negro ni gris.
Por ejemplo un objeto es rojo si al ser iluminado con luz blanca difunde el
color rojo y absorbe las demás componentes de radiación. 7. Colores complementarios Se llaman colores complementarios a las parejas de colores que
por mezcla aditiva dan el blanco. También se obtiene blanco con la mezcla de
los 3 primarios. Son colores complementarios: Rojo y verde-azulado (ciano)
Verde y magenta (púrpura) Azul y amarillo 8. Parametros caracteristicos del
color Un color queda definido por 3 parámetros:
Luminancia: medición luminosa de la intensidad de la radiación. Subjetivamente se habla de luminosidad, y se dice que un color tiene mucho brillo
(claro) o poco brillo (oscuro). Se le puede simbolizar con L y su unidad de
medida es [Cd/m2]. Longitud de onda predominante: es la longitud de la
radiación monocromática correspondiente. Subjetivamente se habla de matiz o tono y se dice que un color es amarillo, verde, azul, etc. Se le puede
simbolizar con l d y su unidad es [nm] o [mm ] o también el Angstrom (un
Angstrom Â)) 10-10m). Pureza: magnitud de la dilucion de un color en blanco. Se representa por un ı́ndice variable entre 0 y 1. Subjetivamente se habla
3.1. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
39
de saturación. Y se dice por ejemplo que un color rosa (mezcla de rojo con
blanco) esta poco saturado en contraposición de un rojo que sı́ lo esta. Se lo
puede simbolizar con r .
9. Crominancia Se entiende por crominancia o cromaticidad al conjunto
formado por los parámetros l d y r , o si se quiere, matiz y saturación.
Ası́ definida, la crominancia pasa a ser una magnitud vectorial.
representacion conica del color Una posible representación gráfica (propuesta por la CIE) del color de un objeto es representarlo dentro de un cono
invertido como el de la figura donde la altura del cono es proporcional a la
luminancia, y además para un corte dado transversal del cono se obtiene un
circulo donde se indica la crominancia. La saturación viene dada por la longitud del segmento radial, y el matiz por el ángulo formado respecto de una
referencia (también podrı́a ser la longitud de la circunferencia). De esto se
concluye que el vector crominancia (l d,r ) viene expresado en coordenadas
polares.
El corte transverso del cono del cono tiene su importancia, pues permite estudiar la crominancia independientemente de la luminancia. Al circulo
ası́ obtenido se lo llama circulo cromático.
También se puede hacer la representación con un cono de base hexagonal
regular donde 3 de los 6 vértices representan a los 3 colores primarios y los
extremos opuestos a estos, los respectivos colores complementarios. Es otra
posible presentación. Se llama Albedo al factor de reflexión difusa de un
objeto iluminado. Suele ocurrir que ciertos pares de colores subjetivamente
diferentes se encuentran iguales l d y r pero distinta L y albedos diferentes.
(Ej. : naranja y chocolate; verde-aceituna y amarillo limón).
10. Tricromia y sistema RGB La Comisión Internacional de la Iluminación eligió 3 colores primarios con el fin de sentar una normativa universal
que permitiera definir todos los colores espectrales. Dichos primarios corresponden a: Rojo...........700nm R Verde.........546,1nm G Azul............435,8nm
B El rojo es obtenido con lampara incandescente y un filtro rojo normalizado,
en cambio el verde y el azul son obtenidos con el arco de mercurio. Una vez
que se tienen definidos los 3 primarios, la tricromia o teorı́a de los 3 colores
establece que es posible definir un color cualquiera C1 por las proporciones
k1, k2 y k3 de cada uno de los 3 primarios R, G, y B que reconstituyen en
un colorı́metro un color C2 idéntico a C1. Expresado algebraicamente seria:
Donde la relacion entre fechas indica suma aditiva (simbologı́a usada en colorimetrı́a). 11. Representacion cubica- cubo de Maxwell Con los 3 primarios
se puede representar un color mediante un cubo llamado de Maxwell. En este
40
CAPÍTULO 3. ¿QUÉ ES LA LUZ?
cubo se define un sistema de ejes coordenados donde cada eje representa cada
color primario r, g, b graduados de 0 a 1. Cada valor r, g, y b representa para
cada color, la relacion entre el componente tricromatico R, G y B y la suma de todos ellos (normalización), es decir: r=R/(R+G+B) g=G/(R+G+B)
b=B/(R+G+B)
De estas definiciones se desprende que r+g+b=1 y considerando valores
positivos de R, G, y B, entonces r, g, y b están comprendidos entre 0 y 1.
Del cubo se obtienen las siguientes conclusiones: La dirección (orientación)
espacial del vector OC definida por el punto C (color C) define el matiz del
color. La longitud del vector define la luminancia del mismo. En la diagonal
del plano g-r se tiene el color mezcla entre rojo y verde, o sea amarillo.
Idéntica situación pasa en los planos b-v donde la diagonal corresponde al
ciano y en el plano b-r donde la diagonal indica el púrpura. Para la obtención
del blanco W se mezclan R, G y B en proporciones iguales (blanco de igual
energı́a), entonces con R=G=B el calculo de los coeficientes tricromaticos
lleva a: r=0.33, g=0.33, b=0.33 coordenadas de W. Esta representación puede
venir bien, por ejemplo, para el analizar un dispositivo de hardware, pero la
respuesta del ojo no es lineal como lo muestra esta representación. El sistema
visual humano responde de manera logarı́tmica a los estı́mulos de luz. De
todas formas, para los propósitos de la televisión color, la idea es tratar
de generar la mayorı́a de los colores existentes en la naturaleza, a partir
de 3 fósforos correspondientes a los colores primarios antes mencionados. Y
esto es logrado de manera satisfactoria. Quedan fuera de los posibles colores
visualizados en un tubo de televisión, los colores muy puros (o con saturación
cercana a 1), los cuales, se admite, no son muy frecuentes en la naturaleza. 12.
Representacion triangular de los colores Haciendo cortar el plano r+g+b=1
con el cubo de Maxwell se obtiene el triángulo equilátero de Maxwell, donde
se puede representar la crominancia, manteniéndose constante la luminancia,
independisandose de esta.
De este triángulo se obtienen las siguientes conclusiones: Los vértices
del triángulo corresponden a b=1 g=0 r=0; g=1 b=0 r=0 y r=1 b=0 g=0.
El centro del triángulo contiene al punto W o blanco de igual energı́a. El
lado derecho representa a los colores del plano gr, formados por las diversas
proporciones de los primarios R y G, en cuyo centro se encuentra el amarillo
de r=0.5 y g= 0.5. El lado izquierdo del triángulo representa a los colores
del plano gb formados por las diversas proporciones de los primarios G y B.
En su centro esta situado el ciano de g=0.5 y b=0.5. En la base se tienen los
colores del plano br, formado por las diversas proporciones de los primarios B
3.1. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
41
y R, en cuyo centro se sitúa el púrpura de b=0.5 y r=0.5. Uniendo, mediante
una recta 2 puntos de 2 lados cualesquiera, se obtiene el color de su mezcla.
Ası́, al mezclar C1 y C2 de la figura, se obtiene C3 en el interior del triángulo.
Aumentando la proporción de C2, el punto resultante C3 se corre hacia la
derecha. Por otra parte, uniendo 2 puntos de 2 lados mediante una recta que
pase por W, puede obtenerse un blanco resultante, en consecuencia los colores
C4 y C5 del gráfico son colores complementarios. Los colores correspondientes
a puntos en el interior del triángulo, son colores obtenidos a partir de un
primario mezclado con algo de blanco, por lo tanto son colores no saturados.
El matiz se puede representar por medio de un vector que una el punto W con
el punto representativo del color en cuestión y midiendo el ángulo ası́ formado
respecto de una referencia de fase. Para incluir el concepto de luminancia es
preciso trabajar con planos triangulares paralelos, a distancias distintas del
origen.
13. Representacion triangular GR Como los coeficientes tricromaticos
cumplen la condición r+g+b=1, entonces conociendo 2 de ellos, el tercero
queda definido inequı́vocamente. Por lo tanto se representan los colores en
un plano gr y se obtiene b=1-g-r. Además, sobre este grafico, se representan las tonalidades correspondientes a cada longitud de onda, resultando lo
siguiente:
14. Sistema XYZ El sistema RGB tiene la complicación de utilizar coeficientes tricromaticos positivos y negativos. Por ejemplo, para un verde de
560mm los coeficientes son r=0.3164, g=0.6881 y b=-0.0045.
Para evitar el empleo de coeficientes tricromaticos negativos, se definieron 3 nuevos primarios ideales llamados XYZ que corresponden a las siguientes coordenadas del sistema RGB: x.......... r=1.2750;g=-0.2778; b=0.0028
y...........r=-1.7394; g=2.7674; b=-0.0280 z...........r=-0.7429; g=0.1409; b=1.6020
Con este sistema se definen en forma análoga los coeficientes tricromaticos
de manera de cumplir x+y+z=1. El problema de esta representación es que
no es intuitiva como la representación rgb, donde cada eje corresponde a un
color primario que es familiar para todos. 15. Diagrama de colores Con los
ejes xy se pasa a construir una curva representativa de los colores espectrales
( l desde 380nm hasta 780nm), obteniéndose el gráfico de la figura. Ası́, se
tiene que los colores espectrales yacen bajo el triángulo xy, formando una
curva con forma de herradura. La curva se cierra con una recta que une el
rojo de 780nm con el azul de 380nm. Esta recta corresponde a los colores
púrpuras que no son espectrales, sino se obtienen por mezcla aditiva de rojo
y azul. Esto significa que el color púrpura es una sensación que se puede ge-
42
CAPÍTULO 3. ¿QUÉ ES LA LUZ?
nerar a partir de la mezcla aditiva de rojo y azul, pero no existe una radiación
monocromática espectral cuya excitación en el sistema visual humano resulte en un tono púrpura. Las coordenadas del blanco W son x=y=z=0.3333.
Cualquier punto situado dentro de la herradura representa un color mezcla de
radiaciones con una longitud de onda predominante y una dada saturación.
Al igual que en el triángulo de Maxwell, se puede trazar una recta desde 2
puntos del borde de la herradura, pasando por C, indicando esto que C es
color mezcla de A y B(ver figura). También, si se aumenta la proporción de
B, el punto C se corre hacia el punto B. De igual manera si la recta pasa por
W, se tratara de colores espectrales complementarios. (ver figura). No se debe
olvidar que el diagrama de cromaticidad es derivado del triángulo a luminancia constante, por lo que aquı́ también no cambia el contenido de brillo de
los colores, sino solo su matiz y saturación. La siguiente figura muestra dentro del diagrama de cromaticidad la ubicación de los primarios elegidos para
televisión color. Para obtener sus respectivas longitudes de onda se prolonga
la recta que pasa por W y el color en cuestión hasta el borde la herradura obteniéndose: R1: x=0.67 y=0.33 610nm G1: x=0.21 y=0.71 535nm B1:
x=0.14 y=0.08 470nm Con los 3 puntos correspondientes a los primarios se
puede definir un triángulo dentro de la herradura. Todos los colores obtenibles por mezcla aditiva se encuentran dentro de dicho triángulo. Se aprecia
que el único color susceptible de reproducción puro, o sea con saturación
próxima a 1, es el rojo primario. Pero estos R1, G1 y B1 son teóricos. En
la practica se recurrió a luminóforos como elementos radiantes en las pantallas de los televisores, que corresponden a primarios fı́sicos que se acercan
bastante a los teóricos y denotados en el gráfico como: R2: x=0.65 y=0.32
G2: x=0.27 y=0.59 B2: x=0.15 y =0.07 Estos primarios forman un triángulo
más pequeño que el anterior, por lo cual los colores que se pueden generar
estarán mas contenidos, especialmente serán menos saturados respecto del
caso teórico. Estos primarios, correspondientes a sulfuros usados en los tubos
de televisión fueron adoptados por el sistema NTSC, luego de lo cual fueron
mejorados tecnológicamente obteniéndose nuevos luminoforos de mayor brillo aunque algo mas alejados de los teóricos, ası́ pues en el sistema PAL-N se
utilizaron los siguientes luminoforos: R: x=0.64 y=0.33 G: x=0.29 y=0.60 B:
x=0.15 y=0.06 . Volviendo un poco sobre la figura de la herradura. Se puede
deducir, una vez determinado el blanco ( W ) que los colores sobre la herradura, que se obtienen prolongando el segmento que pasa por W, son colores
complementarios del espectro. Por ejemplo, el color con longitud de onda de
600nm (tono rojizo) es complementario, como lo muestra el grafico, del color
3.1. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
43
con longitud de onda de aproximadamente 490nm (es una tonalidad entre
azul y verde, obviamente). Notar también, por ejemplo, que a la longitud de
onda de 520nm (un verde mediano), le corresponde como complementario un
color sobre el segmento de los púrpuras, que fı́sicamente no tienen longitud
de onda (a veces, se lo suele denotar con una longitud do onda negativa,
pero esto no tiene sentido fı́sico). Este segmento de los púrpuras, se obtiene
cerrando los extremos del rojo y el azul, pero no se obtienen por mediciones
del espectro como si ocurre con el resto de la herradura. Existen mas modelos de representaciones de color propuestos por la CIE, pero para televisión,
importa el triangulo determinado a partir de los 3 luminóforos adoptados por
cada sistema, que son, en definitiva, los colores encerrados por el triangulo
los obtenibles en la practica. 16. Blanco de referencia Ası́ como los primarios
en la practica no coinciden exactamente con los primarios teóricos, lo mismo
pasa con el blanco, que en la practica difiere un poco del valor 0.3333 para
cada coordenada. En Luminotecnia suele referirse a varios blancos, entre los
que se destacan: Blanco A: corresponde a las lamparas incandescentes de baja potencia, tiene coordenadas x=0.447 y=0.407 y temperatura de color de
2800K. Blanco 3000: corresponde a lamparas incandescentes de gran potencia con temperatura de color de 3000 K. Blanco B: el espectro corresponde
a la luz directa del sol del mediodı́a, aproximándose a un cuerpo radiante
perfecto a 4800K. Se puede simular con un iluminaste A y un filtro. Blanco
C: tiene la caracterı́stica de luz difusa de cielo nublado. El radiante perfecto que se le aproxima tiene una temperatura de color de 6770 K. Se utilizo
inicialmente como blanco de referencia en NTSC con coordenadas x=0.31
y=0.316. Blanco D: la temperatura de color es de 9300 K y se usa en algunos
paı́ses como referencia de los aparatos de control de estudio. Blanco D65 (D
6500): el espectro de este blanco se aproxima a lo que se obtendrı́a con una
combinación de luz diurna directa y luz difusa de cielo nublado. Blanco E: es
el blanco hipotético (x=0.33 y=0.33) cuyo espectro se caracteriza por tener
igual energı́a para todas las longitudes de onda. Se lo utiliza para estudio
simplificado teórico de colorimetrı́a. Como el blanco D65 se obtiene mezclando convenientemente la luz de los 3 fósforos de un tubo de imagen para
color. Se ha adoptado este blanco como referencia en los sistemas modernos
de TV. Ası́, en PAL-N se especifica que las coordenadas de cromaticidad
correspondientes a la igualdad de las señales eléctricas primarias RGB deben
ser las del iluminante D65 (x=0.3132 y=0.329). En todo caso, estos valores y
los correspondientes a los luminóforos, son valores normativos, susceptibles
de variación según el avance de la tecnologı́a y la actualización de las nor-
44
CAPÍTULO 3. ¿QUÉ ES LA LUZ?
mas. En los reproductores de televisión, según el tubo (y mas precisamente
los fósforos) que incluyan, se cumplirán los valores estandarizados, en mayor
o menor medida. 17. Reproducción del color en la pantalla del televisor Si
bien lo que recibe el televisor, no consiste en el equivalente eléctrico de las
respectivas componentes de rojo, verde y azul del objeto a reproducir, estas
señales de colores primarios son obtenidas dentro del propio receptor, a partir la señal que recibe el equipo, técnicamente llamada señal de video color
compuesta. Una vez obtenidas estas tres señales, el objetivo es excitar los
respectivos fósforos presentes en la pantalla del tubo del televisor. La pantalla contiene un arreglo de fósforos (en lı́nea o en forma de delta, según el
tipo y antigà 14 edad del televisor), formados por triadas de R , G y B. Estos
fósforos no se superponen en un solo punto, pero si están lo suficientemente
juntos, para que, a la distancia de observación, el ojo reciba la luz emitida
por cada triada como si se tratase de un solo punto en la pantalla. Es decir, el
sistema visual humano, realiza la mezcla aditiva, dando la sensación de color.
Es común, que en cada triada en lı́nea, el fósforo del centro sea el verde, a la
izquierda este el rojo y a la derecha el azul. ( Ver figura) Ası́, por ejemplo,
para reproducir colores básicos, se encienda unos u otros fósforos, como se
ve a continuación. En el ejemplo anterior, la primera triada tiene encendido
el fósforo rojo y se verı́a como un punto del mismo color. La segunda triada,
tiene encendido los tres fósforos, en igual intensidad, por lo cual, se visualizarı́a el punto blanco. Por ultimo, la tercer triada, solo enciende los fósforos
rojo y verde, en consecuencia, resultarı́a un punto amarillo. Para representar un color pastel ( impuro o muy poco saturado) se necesitarı́a encender
los tres fósforos pero en distintas intensidades. Por ejemplo, para generar un
rosa (rojo + blanco) se podrı́a encender al máximo de intensidad el rojo y
a un tercio de intensidad, tanto el verde como el azul. De idéntica forma, se
encienden todos los puntos (triadas) que forman la pantalla del receptor, de
manera sincronizada, para proporcionar color, brillo y definición a la imagen
reproducida. Trabajo de investigación realizado y enviado por : R. G. Bosco,
Ingeniero Electrónico, Universidad de Buenos Aires Buenos Aires, Argentina.
rgbosco[arroba]hotmail.com
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y Condiciones — Haga publicidad en Monografı́as.com — Contáctenos °
1997 Monografias.com S.A.
1 INTRODUCCIÓN Versión para imprimir la sección
Radiación electromagnética, ondas producidas por la oscilación o la aceleración de una carga eléctrica. Las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos. La radiación electromagnética se puede ordenar
en un espectro que se extiende desde ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas) hasta frecuencias muy bajas (longitudes de onda
altas). La luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético.
Por orden decreciente de frecuencias (o creciente de longitudes de onda), el
espectro electromagnético está compuesto por rayos gamma, rayos X duros
y blandos, radiación ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas
y ondas de radio. Los rayos gamma y los rayos X duros tienen una longitud de onda de entre 0,005 y 0,5 nanómetros (un nanómetro, o nm, es una
millonésima de milı́metro). Los rayos X blandos se solapan con la radiación
ultravioleta en longitudes de onda próximas a los 50 nm. La región ultravioleta, a su vez, da paso a la luz visible, que va aproximadamente desde 400
hasta 800 nm. Los rayos infrarrojos o´‘‘radiación de calor“ (véase Transferencia de calor) se solapan con las frecuencias de radio de microondas, entre los
100.000 y 400.000 nm. Desde esta longitud de onda hasta unos 15.000 m, el
espectro está ocupado por las diferentes ondas de radio; más allá de la zona
de radio, el espectro entra en las bajas frecuencias, cuyas longitudes de onda
llegan a medirse en decenas de miles de kilómetros.
2 PROPIEDADES Versión para imprimir la sección
46
CAPÍTULO 3. ¿QUÉ ES LA LUZ?
Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse. Ası́, estas ondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las estrellas. Independientemente de su
frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacı́o a una velocidad c = 299.792 km/s. Todas las radiaciones del
espectro electromagnético presentan las propiedades tı́picas del movimiento
ondulatorio, como la difracción y la interferencia. Las longitudes de onda van
desde billonésimas de metro hasta muchos kilómetros. La longitud de onda
(Î))) y la frecuencia (f) de las ondas electromagnéticas, relacionadas mediante la expresión Î))·f = c, son importantes para determinar su energı́a, su
visibilidad, su poder de penetración y otras caracterı́sticas.
3 TEORÍA Versión para imprimir la sección
El fı́sico británico James Clerk Maxwell estableció la teorı́a de las ondas
electromagnéticas en una serie de artı́culos publicados en la década de 1860.
Maxwell analizó matemáticamente la teorı́a de los campos electromagnéticos
y afirmó que la luz visible era una onda electromagnética.
Los fı́sicos sabı́an desde principios del siglo XIX que la luz se propaga
como una onda transversal (una onda en la que las vibraciones son perpendiculares a la dirección de avance del frente de ondas). Sin embargo, suponı́an
que las ondas de luz requerı́an algún medio material para transmitirse, por lo
que postulaban la existencia de una sustancia difusa, llamada éter, que constituı́a el medio no observable. La teorı́a de Maxwell hacı́a innecesaria esa
suposición, pero el concepto de éter no se abandonó inmediatamente, porque
encajaba con el concepto newtoniano de un marco absoluto de referencia espaciotemporal. Un famoso experimento realizado por el fı́sico estadounidense
Albert Abraham Michelson y el quı́mico de la misma nacionalidad Edward
Williams Morley a finales del siglo XIX socavó el concepto del éter, y fue
muy importante en el desarrollo de la teorı́a de la relatividad. De este trabajo concluyó que la velocidad de la radiación electromagnética en el vacı́o
es una cantidad invariante, que no depende de la velocidad de la fuente de
radiación o del observador.
4 CUANTOS DE RADIACIÓN Versión para imprimir la sección
No obstante, a principios del siglo XX los fı́sicos se dieron cuenta de que
la teorı́a ondulatoria no explicaba todas las propiedades de la radiación. En
1900, el fı́sico alemán Max Planck demostró que la emisión y absorción de
radiación se produce en unidades finitas de energı́a denominadas “cuantos“.
En 1904, Albert Einstein consiguió explicar algunos resultados experimentales sorprendentes en relación con el efecto fotoeléctrico externo postulando
3.1. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
47
que la radiación electromagnética puede comportarse como un chorro de
partı́culas.
Hay otros fenómenos de la interacción entre radiación y materia que sólo la
teorı́a cuántica explica. Ası́, los fı́sicos modernos se vieron obligados a reconocer que la radiación electromagnética se comporta unas veces como partı́culas
y otras como ondas. El concepto paralelo que implica que la materia también puede presentar caracterı́sticas ondulatorias además de corpusculares
fue desarrollado en 1925 por el fı́sico francés Louis de Broglie.
La luz es una fracción del espectro electromagnético que puede ser detectado por el ojo humano. Esta fracción o ventana del espectro electromagnético también se le llama espectro visible. En términos generales, el espectro
electromagnético abarca en orden creciente de frecuencia:
las microondas
las ondas de radio
los rayos infrarrojos (radiación infraroja)
la luz visible
la radiación ultravioleta
los rayos X
los rayos gamma.
Se denomina espectro electromagnético al conjunto de ondas electromagnéticas, o radiación electromagnética que emite (espectro de emisión),
o absorbe (espectro de absorción) un objeto. Dicha radiación sirve para identificar al objeto. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios
que, además de permitirnos observar el espectro, permite realizar medidas
sobre éste, como la longitud de onda o la frecuencia de la radiación.
Una forma de organizar al espectro electromagnético, es de acuerdo con
su longitud de onda, en este caso las de menor longitud de onda, como son los
rayos cósmicos, los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de
mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. En cualquier caso, cada
una de las categorı́as son de ondas de variación de campo electromagnético.
48
3.2.
CAPÍTULO 3. ¿QUÉ ES LA LUZ?
El espectro visible
La luz visible forma parte de una estrecha franja cuyas longitudes de onda van desde de 380 nm (violeta) hasta los 780 nm (rojo). Los colores del
espectro se ordenan como en el arco iris, formando el llamado espectro visible.
Frecuencia y longitud de onda se relacionan por la expresión: c = λν
donde c es la velocidad de la luz en el vacı́o, ν es lafrecuencia, y λ es la
longitud de onda.
Hay dos tipos de objetos visibles: aquellos que por sı́ mismos emiten luz y
los que la reflejan. El color de estos depende del espectro de la luz que incide
y de la absorción del objeto, la cual determina qué ondas son reflejadas.
La luz blanca se produce cuando todas las longitudes de onda del espectro
visible están presentes en proporciones e intensidades iguales.
¿Por qué el ojo humano es sensible precisamente a este pequeño rango
del espectro radioeléctrico? Las ondas que tienen menor frecuencia que la
luz (por ejemplo la radio), tienen mayor longitud de onda, por eso rodean
los objetos sin interaccionar con ellos, gracias a esto tenemos cobertura en
el telefono celular, aunque estemos dentro de casa. Las ondas de mayor frecuencia que la luz tienen una longitud de onda tan pequeña que atraviesan
la materia, por ejemplo los rayos X atraviesan algunos materiales como la
carne humana, aunque no los huesos. Es sólo en la franja del espectro que va
desde el violeta hasta el rojo donde las ondas electromagnéticas interaccionan
(se reflejan o absorben) con la materia y nos permiten ver los objetos, sus
formas, su posición, y dentro de esta franja del espectro podemos determinar
qué frecuencia o conjunto de frecuencias refleja o emite cada objeto, es decir,
el color que tiene.
La luz es la región del espectro electromagnético la cual puede ver el ojo
humano. En el extremo azul (longitud de onda corta), el lı́mite esta en la
longitud onda de 390nm (una frecuencia de 770THz) para el extremo violeta. En el extremo rojo (longitud de onda larga), el lı́mite no es muy claro
pero está alrededor de 700nm (430THz) para el extremo rojo. Las ondas con
frecuencia mayor que el extremo violeta son llamadas ultravioletas y aquellas con frecuencia menores que el extremo rojo se llaman infrarrojas. En la
figura se muestran los tonos de luces monocromáticas (los términos se expli-
3.2. EL ESPECTRO VISIBLE
49
Figura 3.1: Espectro electromagnético; solo una pequeño parte de este espectro corresponde al visible.
caran mas adelante) y corre de 400 manómetros a un poco más arriba de 800
manómetros en el extremo izquierdo en una escala logarı́tmica (nótese que
en general el espectro no se ve uniforme, tiene una banda amarilla).
Un estı́mulo de luz elemental es una mezcla arbitraria de luces puras dentro del espectro. Esta puede estar compuesta de un número infinito de rayos
(espectro discreto) o por una mezcla contı́nua de longitudes de onda. Matemáticamente, el espacio de posibles espectros tiene una dimensión infinita.
Fı́sicamente, la luz puede ser descompuesta en sus componentes elementales,
cuyas intensidades pueden ser medidas por un espectrómetro. Por ejemplo, la
luz que llega del sol después de pasar por la atmósfera terrestre, bajo condiciones precisas, puede ser dividida en sus longitudes de onda constituyentes
y las intensidades relativas pueden ser medidas y formar un espectro bien
conocido y estudiado.
Una fuente de luz (un espectro) se dice que es monocromático cuando
50
CAPÍTULO 3. ¿QUÉ ES LA LUZ?
este consiste de radiación de una sola longitud de onda: esto significa que
es el espectro más discreto posible. Nótese que una mezcla de luces monocromáticas roja y verde, producirá una luz monocromática amarilla. Por
definición una luz monocromática no es una mezcla, en otras palabras no se
puede obtener como una mezcla. Lo más que se puede hacer es algo que al
ojo le parece idéntico, aquı́ es donde aparece el color metamérico o metámero.
Capı́tulo 4
¿Qué es el color?
El color de una luz es la respuesta de un cono a ese estı́mulo luminoso. Puesto que hay tres tipo de conos, el espacio de color es tridimensional,
contrariamente al espacio espectral el cual es de dimensión infinita: en otras
palabras, esto quiere decir que hay una gran variedad de espectros que producen el mismo color, es decir existen diferentes formas de mezclar luces
monocromáticas que producen el mismo efecto sobre los conos.
Para una longitud de onda dada, la medida fisiológica de la luminosidad
es proporcional a la magnitud fı́sica de la magnitud de la intensidad (digamos
potencia por unidad de ángulo sólido), pero la respuesta del ojo a diferentes
longitudes de onda aun cuando son de la misma intensidad, es por supuesto
diferente.
Es común pero incorrecto llamar a los tres tipos de conos, rojos, verdes
y azules, en lugar de largos, medios y cortos. Es incorrecto, porque los conos
largos y medios en realidad tienen respuestas muy parecidas. Si interpretamos sus curvas de sensitividad como un espectro de transmisión de filtros
(iluminados con luz blanca), entonces las curvas de los conos largos son más
parecidas al amarillo que al rojo, y tienen su pico en 570 nm. Ahora bien,
no es posible estimular un sólo tipo de cono, debido a que cada longitud de
onda aún cuando se produce de forma monocromática, estimula de alguna
manera a los dos conos restantes. Sin embargo podemos usar la imaginación
y desaturar los tres colores primarios hasta cierto punto para obtener los tonos mas significativos, entonces los tres tonos correspondiente a los tres tipos
de cono son: un tipo de rojo sanguinolento, un azul agua marina y un morado.
51
52
4.1.
CAPÍTULO 4. ¿QUÉ ES EL COLOR?
Ceguera al color
Las personas pueden tener ceguera al color si les falta alguno de los tres
tipos de conos en la retina. Cuando los conos largos están ausentes se les
llama pronatopos, cuando no tienen los conos medios se les llama deuteranotopos, y un caso considerablemente raro es cuando los conos cortos están
ausentes y se les llama trinatopos. Cuando los conos no están completamente
ausentes, y solo tienen un número escaso de ellos se les llama protanomalous,
deuteranomalous or tritanomalous. Los protanopes, deuteranopos y tritanopos pueden ver solo dos tonos complementarios.
4.2.
Significado de blanco
Hasta el momento no hemos definido el blanco, solo lo hemos mencionado.
Es muy interesante que no haya definición cientı́fica del blanco, es sólo una
convención. Ciertamente un filtro puede ser blanco, cuando este actúa de la
misma forma en todas las longitudes de onda. Pero ¿que pasa con la luz blanca?. No es una mezcla de todas las longitudes de onda con igual intensidad
(por unidad de longitud de onda o por unidad de frecuencia), un espectro
de este tipo seria artificial. Lo que en realidad nuestros ojos perciben como
blanco es esencialmente la luz del medio ambiente a la cual estamos acostumbrados, de hecho nos acostumbramos muy rápido aun punto blanco dado
(esta es la razón porque la luz incandescente no aparece muy roja, cuando en
realidad si lo es, en comparación con la luz solar). La luz de sol (probablemente no la luz directa, pero sı́ la luz promedio a lo largo de varios dı́as y en
diferentes condiciones atmosféricas) define un punto blanco que es útil. Hay
varios puntos blancos estandarizados tales como (la fuente de luz) D65 (el
estándar para sRGB, y por lo tanto para la industria computacional) o D50
(un blanco mas amarillento, y es el estándar en la industria de la impresión).
Existe una definición posible de blanco que descansa en un fenómeno
cientı́fico, aún cuando no se usa directamente de una forma tı́pica, sirve
como una base importante para una definición más ad hoc. La el espectro de
4.3. DEFINICIÓN DE TONO
53
radiación de un cuerpo negro a una temperatura T es el espectro emitido por
un radiador de Planck perfecto a temperatura T (una buena aproximación
es cualquier objeto calentado a esa temperatura). La luz que nos llega del sol
sigue aproximadamente la ley de cuerpo negro a 6000K, en realidad 6500K,
esa es la razón por la cual aparece como blanco. El punto blanco definido
por la radiación de cuerpo negro a una temperatura dada se usa frecuentemente como puntos de comparación o como puntos blancos. El iluminante
D65 es muy cercano a la radiación de cuerpo negro a 6500K, y el iluminante
D50 a la radiación de cuerpo negro a una temperatura de 5000K. Muchos
monitores de computadora ofrecen la elección de puntos blancos que tienen
la temperatura de 5000K, 6500K o 9300K.
4.3.
Definición de Tono
La palabra color es ambigua (a) la usamos para definir la respuestas de
los tres tipos de células llamadas comos a un estı́mulo elemental (estı́mulo de
luz). (b) Es un espacio tridimensional (porque tenemos tres tipos de conos).
Pero también se puede ignora la diferencia en intensidad y considerar que
dos colores son idénticos cuando son producidos por luz la cual tiene el mismo espectro en un factor constante en intensidad. Dejando el color negro a
un lado (el cual es justamente la ausencia de luz), entonces ahora tenemos
un espacio de color bidimensional, siendo la tercera dimensión justamente la
brillantez. Para enfatizar esto también hablamos de la cromaticidad para el
punto en el espacio de dos dimensiones. No es enteramente mente claro que
esta operación se justifique, un color no necesita aparecer idéntico a otro,
cuando sólo hay diferencia en intensidad (por ejemplo gris no es considerado
lo mismo que blanco por la mayorı́a de la gente, sin embargo solo tiene menos
intensidad que el blanco).
Por ejemplo, el espectro de radiación de cuerpo negro, presentada anteriormente es la representación del color del cuerpo negro, el sentido de que
no se mantiene la luminosidad. Hay que remarcar que para una superficie del
cuerpo negro a 64000K es mucho más luminosa que una superficies de cuerpo
negro a 500k (tres ordenes de magnitud que se manifiesta varios miles más
intenso- esto es si el brillo se hubiese mantenido, en el espectro, el extremo
izquierdo seria negro, comparado con el extremo derecho, para poder ser re-
54
CAPÍTULO 4. ¿QUÉ ES EL COLOR?
presentado en el monitor. En cambio tomamos el color mas brillante posible
y no se tomó en cuenta la luminosidad.
El espacio de color bidimensional (cromaticidad) tiene algunas caracterı́sticas importantes. Uno es el punto blanco (el blanco solo fue definido
en intensidad, pero una vez que se usa el cociente con respecto a la intensidad, el blanco es un punto, de aquı́ el nombre de punto blanco).
Imaginemos que este punto se encuentra en el centro, entonces tenemos
un arco de puntos los cuales corresponde a las radiaciones monocromáticas.
Imaginemos que estos puntos forman una especie de herradura alrededor del
punto blanco. Cualquier color que tiene un sentido fı́sico está dentro del arco
(matemáticamente hablando, está dentro de la parte convexa del arco). Es
necesario remarcar que un color tiene sentido fı́sico cuando este puede ser
obtenido por la mezcla de radiaciones monocromáticas, y en el espacio bidimensional los colores son mezclados mediante el dibujo de una segmento
de lı́nea entre los dos puntos (sin embargo no hay que pensar que mezclar
colores en igual proporción nos dará el punto medio del segmento de la lı́nea).
En alguna parte fuera de la región fı́sica, imaginemos tres puntos correspondientes a los colores puros e imaginarios que corresponden a la estimulación de cada uno de los tres conos. El triángulo que estos forman, corresponden a los colores, los cuales podemos percibir. Ahora que tenemos una mejor
idea del espacio bidimensional de colores, quitemos una dimensión más. Tomemos un color diferente al blanco y dibujemos una media lı́nea que comience
en el punto blanco y llegue al color. Esta lı́nea representa una sucesión de
colores, un extremo el cual es blanco y el otro se va volviendo gradualmente
más colorido conforme nos alejamos del punto blanco. Decimos que el blanco
es el tono, y que la propiedad de moverse mas allá del punto blanco (el cual
no se puede medir directamente) es la saturación del color. De esta manera el
tono es lo que permanence constante, conforme añadimos o quitamos blanco (y cuando modificamos la luminosidad, que es la primera dimensión que
quitamos). ¿Cual es color más saturado en tono? (fisicamente lo más importante) en general es un color sobre el arco de los monocromáticos. Entonces
el tono se dice que corresponde a una u otra longitud de onda de esa luz
monocromática. Sin embargo algunas veces, la media lı́nea del tono no cruza
el arco de los monocromáticos pero sale de los dos extremos de la herradura(extremo rojo y extrmo violeta, la elección es más o menos convencional,
4.3. DEFINICIÓN DE TONO
55
pero las pequeñas diferencias no son importantes). Esto significa que no hay
color monocromático para ese tono, el color más saturado en esa mezcla del
extremo rojo o extremo violeta, entonces se dice que el tono, o cuaquier color
en ese tono es púrpura. En el diagrama bidimensional los púrpuras forman
un triángulo.
En nuestro diagrama bidimensional, los púrpuras forman un triángulo, en
uno de los vértices está el punto blanco, y en los otros dos extremos están los
puntos violetas. Todos los puntos dentro de este triángulo, los cuales forman
la herradura, son púrpuras, y todos los otros puntos dentro de esta herrdura
son fiśicamente realizables, no son púrpuras.
Cada tono (hue) tiene un tono complementario bien definido, éste es el
tono del color que está en el lado opuesto del punto blanco, simétricamente
con respecto a él mismo. Mezclando un color con otro color de su tono complementario el tono de la mezcla da blanco. Solamente cuando los tonos son
complementarios, de la mezcla de dos colores puede resultar el blanco. Notar
que los tonos monocromáticos, tienen algunos tonos complementarios los cuales son púrpuras, y algunos tienen tonos complementarios que son tambien
monocromáticos: escencialmente los tonos monocromáticos entre 494 nm (el
tono complementario del extremo rojo) o mayores que 566 nm (el tono complementario del tono púrpura) tienen un tono complementario el cual tambien tiene una longitud de onda. Por ejemplo, el tono complementario del
color monocromático con longitude de onda iguual a 570 nm (en la región
estrecha del amarillo del espectro visible) es el azul (royal blue) de longitud
de onda de 463 nm. En resumen, todo color (fı́sicamenente hablando) es de
dos tipos, o pertenece a los púrpuras o no es uno de ellos. Si no es uno de
los púrpuras, entonces puede ser obtenido exactamente mediante la mezcla
de ciertas intensidades de radiación monocromática pura y ciertas cantidades de luz blanca pura. La longitud de onda de la radiación monocromática
pura determina el tono (no púrpura) del color. La luminosidad total es la
luminosidad de la luz bajo consideración, y la saturación es algo parecido a
la razón de las luminosidades monocromáticas con la luminosidad total (aún
cuando esta quizás no es la mejor definición): Si el color es púrpura, y no
puede ser obtenido como la mezcla o suma de luz monocromática con blanca,
si puede ser ser obenido por la resta de un color monocromático (esto es su
tono complementario) del blanco.
56
CAPÍTULO 4. ¿QUÉ ES EL COLOR?
4.4.
Espacio de coolor CIE X,Y,Z
En el spacio de color CIE XY Z, es posible parametrizar un color por el
valor de la respuesta de los tres conos (normalizado con respecto a un blanco
de referencia). Sin embargo no es la forma usual de ahcerlo. La respuesta
funcional precisa de los conso a un estı́mulo se han conocido recientmente.
En lugar de esto se usaban una funciones convencionales, propuesta por la
CIE (Comission Internationale de l’éclairage) conocidas como funciones de
igualción de color, y llamadas XYZ. Se supone que la función Y es precisamente la función de la luminosidad. La funci”on Z es (proporcional a) la
respuesta de los conos cortos, (esta función es facil de determinar, porque
desaparece para longitudes de onda suficientemente grandes, a partir de 620
nm). La funcion X es mas o menos una convencion arbitraria.
Tipicamente uno se deshace de la dependencia de la luminosidad, y se
mueve uno en un espacio de color de dos dimensiones, definido como:
x=
X
X +Y +Z
(1a)
x=
Y
X +Y +Z
(1b)
x=
Z
X +Y +Z
(1c)
donde X + Y + Z = 1 y Z es redundante.
Entonces el color es especificado por el valor de sus cromaticidades (x, y)
y su luminosidad Y si es necesario. Frecuentemente la luminosidad no se especifı́ca o es irrelevante, y la descripción del color es completamente realizada
en el diagrama bidimensional (2 − D) (x, y).
Este sistema de coordenadas es el que se usó anteriormente para representar el diagrama de cromaticidades (con x que toma valores de 0 a 1 en las
ordenadas, por supuesto todo esto radica en el extremo inferior izquierdo del
triángulo, porque z = 1 − x − y no puede ser negativo. en 2 − D par
Alguno muestras y puntos. Here are a few sample data points:
4.4. ESPACIO DE COOLOR CIE X,Y,Z
57
algo1 algo2 algo3 algo4 algo5
1
2
3
0,23
11
12
13
123
123,0 124,5
N ombre
Espectroplano
IluminanteD65(SRGBblanco)
IluminateD55
(BlancoP SC)
IluminanteA
IluminanteC
sRGBf osf ororojo
sRGBf orf oroverde
sRGBf osf oroazul
Radiaciondecuerponegro(inf inito)
Cuerponegro(9300k)
CuerpoN egro(6500)
Cuerponegro(5000)
Cuerponegro(3000K)
Cuerponegro(0K)
M onocromatico420nm
M onocromatico460nm
M onocromatico490nm
M onocromatico520nm
M onocromatico550nm
M onocromatico570
M onocromatico590nm
M onocromatico610nm
Conoslargos
Conosmedios
Conoscortos
x y Approx
Espectro Plano 0.3333 0.333
Illuminant D65 (sRGB white) 0.3127 0.3290
Illuminant D55 0.3324 0.3474
x
0,3333
0,3127
0,3324
0,3457
0,4476
0,3101
0,6400
0,3000
0,1500
0,2399
0,2849
0,3135
0,4351
0,4369
0,7347
0,1714
0,1440
0,0454
0,0743
0,3016
0,4441
0,5752
0,6658
0,7501
1,4669
0,1669
(4.1)
y
0,3333
0,3290
0,3474
0,3585
0,4074
0,3161
0,3300
0,6000
0,0600
0,2340
0,2932
0,3236
0,3516
0,4041
0,2653
0,0051
0,0297
0,2950
0,8338
0,6923
0,5547
0,4242
0,3340
0,2499
−0,4669
−0,0180
58
CAPÍTULO 4. ¿QUÉ ES EL COLOR?
Illuminant D50 (PCS white) 0.3457 0.3585
Illuminant A 0.4476 0.4074
Illuminant C 0.3101 0.3161
sRGB red phosphor 0.6400 0.3300
sRGB green phosphor 0.3000 0.6000
sRGB blue phosphor 0.1500 0.0600
Blackbody (infinite limit) 0.2399 0.2340
Blackbody (9300K) 0.2849 0.2932
Blackbody (6500K) 0.3135 0.3236
Blackbody (5000K) 0.3451 0.3516
Blackbody (3000K) 0.4369 0.4041
Blackbody (0K limit) 0.7347 0.2653
Monochromatic 420nm 0.1714 0.0051
Monochromatic 460nm 0.1440 0.0297
Monochromatic 490nm 0.0454 0.2950
Monochromatic 520nm 0.0743 0.8338
Monochromatic 550nm 0.3016 0.6923
Monochromatic 570nm 0.4441 0.5547
Monochromatic 590nm 0.5752 0.4242
Monochromatic 610nm 0.6658 0.3340
Long cone pure stimulus (theoretical) 0.7501 0.2499
Medium cone pure stimulus (theoretical) 1.4669 -.4669
Short cone pure stimulus (theoretical) 0.1669 -.0180
Es necesario menciona que el sistema de la CIE X, Y, Z, no obstante que
es universalmente usado como base fundamental de la colorimetrı́a moderna,
en realidad es un sistema muy viejo (fué adoptado por la CIE en 1931, y
descansa en una base de dudosa rigurosidad cientitı́fica. El protocolo esperimental usado en el estrablecimiento de las funciones de igualación de color,
fué cuestionado por el número insuficiente de candiatos en la muestra. En
algunas regiones, se sabe que las funciones tienen errores (la mas importante siendo la función de la luminosidad Y, la cual tiene un error grande el
la region de onda corta). En la actualidad se tienen datos mas precisos y
correctos gracias a los laboratorios de investigacion en color y vision (Color
& Vision research Labs), pero estas correcciones estan basadas en el trabajo
esta basado en las funciones estandar de igualación de color propuestas por
la CIE en 1931, aún no es claro si estos nuevos datos se usaran en toda la
4.4. ESPACIO DE COOLOR CIE X,Y,Z
59
extensión de su utilidad para la gama de colores en monitores.
Un monitor emite luz, la cual es la combinación de la emisión de tres
fósforos diferentes, cada uno de los cuales puede ser estimulado por diferentes intensidades, entre cero y un valor máximo. De tal forma que la gama
de colores desplegables forman un paralelepı́pedo un espacio lineal (digamos
el espacio CIE X, Y Z), donde el negro (correspondiente al origen) está en
uno de los vértices, y en el vértice opuesto del negro se localiza el blanco, el
cual es calibrado con algún blanco estándar de referencia. Dicho con otras
palabras, las intensidades máximas de los fósforos se eligen de tal forma que
sumandolas, nos da el blanco deseado. Con un poco de algebra lineal o geometrı́a proyectiva, demostrará que es suficiente, a manera de determinar toda
la gama de colores, y proporcionar las coordenadas cromáticas (x, y) de los
tres fósforos y el punto blanco (esto es 8 números reales que determinara los
nueve números de las coordenadas cromáticas (X, Y, Z) de los tres fósforos
excepto por un factor global de multiplicación).
Algunos tipos de monitores no pueden desplegar (representar o igualar)
un color fuera del triángulo en el plano de cromaticidades formado por estos
tres fósforos. Este es el primer punto malo: ningún monitor es capáz de desplegar (representar) todos los colores en el diagrama de cromaticidades.
Las imágenes que aui se muestran la gama de colores del triangulo sRGB,
tambien conocido como espacio estandar de color dentro del plano colorimetrico de la CIE (x,y), con las curvas correspondientes de monocromaticidad.
Obviamente parece que una area muy grande no esta; lo cual no es significativo, de hecho, en la geometria pproyectiva. Pero es un hecho que el monito de
color o un monitor sRGB, no puede desplegar de manera exacta los colores,
por ejemplo algunos verdes marinos tropicales. Ciertamente el monnitor no
puede representar todos los onos, pero dentro de un tono dado hay un limite
en la saturacion que puede ser alcanzado y para cada limite de saturacion
dada un limite de luminosidad; o si se prefiere fijar la luminosidad primero,
entonces para cada luminosidad existe una gama de cromaticidades, la cual
es la gama completa de cromaticidades para luminosidades menores que esa
en cualquier fosforo: y cuando se la luminosidad requerida es aumentada, la
gama se contrae hasta que sesaparece en un putno, el punto banco, el cual
solo se alcanza con el brillo maximo. Comparar el diagrama de arriba con la
gama sRGB pra un brillo igual al 10 % del brillo maximo con el siguiente que
60
CAPÍTULO 4. ¿QUÉ ES EL COLOR?
muestra una gama considerablemente mas restringida de una luminosidad
del 80 % del maximo.
Tambien podemos fijar el tono y dibujar el diagrama de gama en el espacio
de luminosidad y saturacion para ese tono. Comparar los siguientes diagranas
por ejemplo:
Estos representa el proceso de mezclar luz blanca y luz monocromatica
de una cierta longitud de onda: 520 nm en la Izquierda y 550 nm en la drecha. La orilla izuiqeda del cada diagrama corresponde al blanco puro (cero
saturación), y la orilla derecha corresponde a los monocromáticos puros (saturación 1) de la misma intensidad. Si la saturación eesta en las abcisas, y la
luminosidad en las ordenas (siendo cero en la orilla mas baja y la luminosidad
maxima en la orilla superior). Los diagramas son comparables: las regiones
negras son colores que salen de la gama sRGB y no pueden ser representados.
Esto muestra que mientras elespacio sRGB representa una gama aceptable
para el too de 550 nm, es cortado de manera mucho más severa para 520 nm.
Si se usa la inspiracion proporcionado por el diagrama en la derecha, mentalmente comprima el de la izquierda tanto como su acompañante, y obtendra
una imagen mental clara de los colores que no pueden ser representados por
el espacio de color sRGB.
Capı́tulo 5
colorimetrı́a
5.1.
Introducción
La colorimetrı́a es la rama de la ciencia del color dedicada en primer caso
con la especificación numérica del color de un estı́mulo visual, fisicamente
definido, de forma tal que:
(a) Cuando es visto por un observador con vision de color normal,
bajo las mismas condiciones de observación estı́mulos con la misma
especificación se ven parecidos (en otras palabras esto quiere decir que
son igualdados en color completamente)
(b) Estı́mulos que se ven igual, tienen la misma especificación y
(c) Los números que comprende dicha especificación son funciones contı́nuas
de parámetros fśicos que define a una distribución de potencia radiante
espectral de ese estı́mulo.
Las leyes experimentales para la igualaión de color, a las cuales nos vamos a
referir como generalización tricromática , proporcionan el fundamento para
que cualquier sistema colorimétrico cumpla con esos requisitos.
La colorimetrı́a también tiene que ver con la especificación de pequeñas
diferencias de color, cuando esas diferencias en la distribución de potencia
radiante espectral de los estı́mulos son tales que una igualación de color no
se puede llevar a cabo.
61
62
CAPÍTULO 5. COLORIMETRÍA
El sistema colorimétrico de la CI, comprende los procedimmientose y estandares escenciales para hacer de la colorimetrı́a una herramienta útil para
la ciencia y la tecnologı́a.
5.2.
Conceptos básicos de la Colorimetrı́a
Los conceptos mas básicos y generales serán discutidos en esta sección.
Dichos conceptos proporcionan el marco del sistema colorimétrico de la CIE.
Color El color, (en el sentido psicofı́sico) es la caracterı́stica de la potencia
radiante visible (radiacioón visible) por medio de la cual un observador puede distinguir diferencias entre dos campos de visión, libres de
estructuras y del mismo tamaño y forma tal que pueden ser causadas
por las diferencias en la composición espectral de la fuente de potencia
radiante, involucrada en la observación.
Estı́mulo de color Un estı́mulo de color es la potencia radiante con una
magnitud y composición espectral dada, que entra al ojo y produce
una sensación de color.
Estı́mulo monocromático Un estı́mulo monocromático, es una potencia
radiante monocromática de una magnitud y longitud de onda (o frecuencia) dada, que entra al ojo y produce una sensación de luz coloreada.
Estı́mulo acromático Un estı́mulo acromático, es el estı́mulo de color que
se elige, porque usualmente conduce a una percepción del color el cual
carece de tono bajos las condiciones de observación deseadas.
Estı́mulos de color primario Los estı́mulos de color primarios son estı́mulos de color, que si se mezclan entre ellos, casi todos los otros estı́mulos
de color pueden ser igualados en color.
5.2. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA COLORIMETRÍA
63
Nota1 Estos estı́mulos de color casi siempre se eligen de tal manera que
sean:rojo, verde y azul ó rojo, verde y violeta.
Nota2 De acuerdo con las leyes aditivas de los estı́mulos color, los estı́mulos de color primarios pueden se definidos de tal forma que la propiedad útil y real que tienen es que, cualquier estı́mulo de color
puede ser representado por una mezcla aditiva de cantidades positivas de los estı́mulos de color primarios (combinación lineal con
coeficientes positivos).
Valoress triestı́mulos Los valores triestı́mulos de un estı́mulo de color (estı́mulo de color dado), son la cantidades de los tres estı́mulos de color primarios que se requieren para que la mezcla aditiva iguale al estı́mulo
de color dado.
Funciones de igualación de color Las funciones de igualación de color
son los valores triestı́mulos, con respecto a tres estı́mulos de colores
primarios, de un estı́mulo monocromático de igual radiancia, considerado como una función de la longitud de onda.
Coordenadas de Cromaticidad Las coordenadas de cromaticidad (también les llamamos coordenadas cromaticas, ó cromaticidades) de un
estı́mulo de color son las razones de cada uno de los valores triestı́mulos con la suma de los tres.
Nota Un diagrama en el cual cualquiera de las tres coordenadas de cromaticidad es graficada contra cualquiera de las otras dos, se le
llama diagrama de cromaticidades. En este diagrama la cromaticidad de un estı́mulo de color se grafica como un punto, el punto
de la cromaticidad.
Longitud de onda dominante La longitud de onda dominante de un estı́mulo de color es la longitud de onda del estı́mulo monocromático, que
64
CAPÍTULO 5. COLORIMETRÍA
cuando se mezcla aditivamente en proporciones adecuadas con el estı́mulo monocoromático especificado, conduce a una igualación con el estı́mulo de color considerado.
Longitud de onda complementaria La longitud de onda complementaria de un estı́mulo de color, es la longitud de onda de un estı́mulo
monocromatico que cumple: cuando se mezcla aditivamente en proporciones adecuadas con el estı́mulo de color considerado, proporciona una
igualación con el estı́mulo acromático especificado.
Nota Todo estı́mulo de color tiene asociada una longitud de onda complementaria ó una longitud de onda dominante. Algunos, no todos
los estı́mulos de color tienen ambas.
Pureza de excitación La pureza de excitación de un estı́mulo de color es la
razón de dos longitudes en el diagrama de cromaticidades. La primera
longitud es la distancia entre el punto que representa la cromaticidad
de un estı́mulo de color acromático dado; la segunda longitud es la distancia que hay a lo largo y en la misma direccion, pero en el sentido
que va desde el primer punto a la orilla del diagrama de cromaticidades.
Colores metaméricos Estı́mulo de color metaméricos (también llamados
metámeros, tienen valores triestı́mulos idénticos, pero distribución de
potencia radiante diferentes.
Los términos anteriores son clasificados como términos psicofı́sicos del
color y hacen referencia a la igualación del color de dos estı́mulos visuales,
que son mostrados en dos áreas del campo visual, y se juzga si los dos estı́mulos se igualan hasta cierta diferencia. Los términos psicofı́sicos del color se
diferncian de los términos psicologicos del color, tales como tono, saturación
y brillantez, los cuales se aplican a los conceptos visuales que premiten a un
observador describir las sensaciones de color.
5.3. GENERALIZACIÓN TRICROMÁTICA
5.3.
65
Generalización tricromática
Las leyes experimentales de la igualación del color se resumen en la generalización tricromática. Esto quiere decir que en un amplio intérvalo de
condiciones de observación, una gran cantidad de colores puede ser completamente igualado por una mezcla aditiva de tres estı́mulos de color llamados
primarios, cuya potencia radiante ha sido ajustada correctamente.
Para algunos conjuntos de estı́mulos primarios, hay algunos estı́mulos de
color que tienen que ser mezclados aditivamente con dos de los tres primarios
para que la mezcla resultante pueda ser igualada con el tercer estı́mulo de
color restante.
En este caso vamos a entender por mezcla aditiva: un esı́mulo de color,
para el cual la potencia radiante en cualquier intérvalo de longitud de onda, pequeño o grande de su espectro de potencia es igual a la suma de las
potencias (para el mismo intérvalo) de los constituyentes de la mezcla, los
constituyentes se supoe que son ópticamente incoherentes.
La igualación de color obedece ciertas leyes de proporcionlalidad y linealidad, además de las leyes de simetrı́a y transitividad.
(i) Ley de simetria. Si el estı́mulo de color A iguala a un estı́mulo de color
B, Entonces el estı́mulo de color B iguala al estı́mulo de color A
(ii) Ley de transitividad. Si A iguala a B y B iguala a C, entonces A iguala
a C.
(iii) Ley de proporcionalidad. Si A iguala a B, entonces αA iguala a αB,
donde α es un factor postivo en el cual la potencia radiante de un
estı́mulo de color es aumentado o reducido, mientras que su distribución espectral relativa se mantiene igual.
(iv) Ley aditiva. Si A, B, C y D son cuatro estı́mulos de color, entonces
si cualesquiera dos de los de los siguientes tres igualaciones de color
66
CAPÍTULO 5. COLORIMETRÍA
A iguala a B, C iguala a D y (A+D) iguala a (B+C) se cumplen
satisfactoriamente , entonces la siguiente igualación tambien es válida
(A+D) iguala a (B+C) donde (A+C), (B+D) , (A+D) y (B+C)
denotan respectivamente mezclas aditivas de A con C, B con D, A con
D, y B con C.
Tres consideraciones ignoradas en la exposición de la generalización tricromática so:
a La igualación de color depende de las condiciones de observacón, en las
cuales se lleva a cabo la comparación.
b La exposición previa de los a la luz, puede afectar dicha igualación.
c Existen diferencias en las igualaciones del color, de acuerdo a los observadores que las realizaron.
5.4.
Espacio Triestı́mulo
La generalización tricromática se puede representar por vectores en un
espacion 3-D (tridimensional), al cual le llamaremos, espacio triestimulo.
En la descripción del espacio triestı́mulo usaremos la letra Q, para denotar
un estı́mulo de color arbitrario. Mientras que las letras R, G, y B las usaremos para denotar los estı́mulos de color primarios.
Cada estı́mulo de color se produce al formarse en la retina una imagen de
una superficie de campo que emite de forma uniforme una potencia radiante. Estrictamente hablando, en la especioficación completa de cada estı́mulo
de color, es necesario conocer no solo la distribución espectral absoluta de
la potencia radiante emitida por la superficie, sino también los factores que
caracterizan la situación del desplegado de dicho estı́mulo incluyendo entre
otros factores el tamaño angular de la superficie externa.
Vamos a suponer que el estı́mulo de color Q esta definido únicamente por
la distribución de potencia radiante espectral absoluta denotada ası́: Q(λ).
5.4. ESPACIO TRIESTÍMULO
67
Una notación similar se usara para los colores primarios R, G, y B. En otras
palabras R(λ), G(λ) y B(λ) representaran la potencia espectral de R, G y
B respectivamente.
Usando esta notación entonces podremos expresar el estimulo de color
Q como una cobinación de los tres primarios R, G y B expresada por la
siguiente relacion:
Q = RQ R + GQ G + BQ B
denotada ası́:
R
P (λ)dλ
(1a)
Z
P (λ)dλ
(1a)
Vamos a denotar por Q al estı́mulo de color, y asu distribución espectral
especı́fica por Q(λ)
68
CAPÍTULO 5. COLORIMETRÍA
Capı́tulo 6
Sistemas de color
En este capitulo hablaremos de los diferentes sistemas o espacios de color y
sus transformaciones. Tomamos como base el sistema RGB tambien conocido
como sistema de color triestimulos. En todos procuraremos escribir explicitamente las transformacion directas e inversas y su posibles aplicaciones. A lo
largo de este capı́tulo no haremos diferencia entre sistema o espacio de color.
6.1.
Espacio RGB
El espacio de color RGB es un sistema aditivo basado en el cubo RGB.
RGB son las siglas de los colores en inglés Red Green and Blue (rojo, verde
y azul).
Este modelo RGB es muy conveniente para el uso de graficas por computadora, debido a que el sistema visual humano funciona de forma semejante
al espacio de color RGB. El espacio mas usado es el espaciio sRGB y adobe
RGB (el cual tiene una gama de colores mas amplia). Adobe ha desarrollado
otros sistemas de color llamado Adobe Wide Gamut RGB (Adobe con gama
de color ampliada), la cual es aun mas grande en detrimento de la densidad
de la misma.
Hasta el 2007 sRGB es el sistema usado mas ampliamente, debido a la
gran cantidad de productos digitales usados por los consumidores. Se le considera el mas adecuado para la mayoria de las aplicaciones de los consumido69
70
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
res y su diseño simprifica el desplegado previos en dislays de computadoras
comunes. Adobe RGB esta siendo desarrollado en un grado medio dentro de
las camaras digitales, lo cual es favorecido por muchos profesionales y artistas graficos, debido a su amplia gama. Los espacios RGB se determinan
al elegir tres colores primarios y un punto blanco. EN la taba siguiente se
presentan varios sistemas RGB y sus puntos blancos. Los colores primarios
son especificados en treminos de los sus coordenadas cromaticas (x,y) en el
espacio CIE 1931
Revisar la siguiente tabla.
Some RGB color space parameters (from Susstrunk, Buckley and Swen
2005) Color Space Gamut White Point Primaries xR yR xG yG xB yB ISO
RGB Limited floating floating Extended ISO RGB Unlimited (signed) floating floating sRGB, HDTV (ITU-R BT.709-3) CRT D65 0.64 0.33 0.30 0.60
0.15 0.06 ROMM RGB Wide D50 0.7347 0.2653 0.1596 0.8404 0.0366 0.0001
Adobe RGB 98 CRT D65 0.64 0.34 0.21 0.71 0.15 0.06 Apple RGB CRT D65
0.625 0.34 0.28 0.595 0.155 0.07 NTSC (FCC 1953) CRT Ill. C 0.67 0.33 0.21
0.71 0.14 0.08 NTSC (1979) (SMPTE C, SMPTE-RP 145) CRT D65 0.63
0.34 0.31 0.595 0.155 0.07 PAL/SECAM (EBU 3213, ITU-R BT.470-6) CRT
D65 0.64 0.33 0.29 0.60 0.15 0.06 CIE (1931) Wide E 0.7347 0.2653 0.2738
0.7174 0.1666 0.0089
El espacio de color estandar propuesto por la CIE en 1931 define ambos
espacio: espacio CIE RGB,el cual es un espacio de color con primarios monocromáticos y el espacio de color CIE XYZ, el cual funciona como un espacio
de color RGB excepto que no tiene colores primarios que no son fisicamente
realizables. Por esa razón no se les llama rojo verde y azul.
6.2.
Modelo de color CMYK
El modelo de color CMYK de las siglas en inglés para los colores Cyan
Magenta Yellow and Key (black), denominados en español como: Cian, magenta, amarillo y negro; se le conoce como modelo de color substractivo,o
modelo de cuatro colores. Se usa en sistemas de impresiones a color, tambien
se usa para describir el proceso de impresión mismo. No obstante que este
varia dependiendo de la compañı́a de impresió, la compañı́a que produce los
aparatos de impresion, el operador etc., la tinta se aplica de manera tradicional en el orden del acronimo.
6.2. MODELO DE COLOR CMYK
71
El modelo CMYK funciona poniendo mascaras parciale so completas a
ciertos colores en un fondo blanco (esto significa que va a absorber ciertas
longitudes de onda). A este modelo se le llama substractivo porque la tinta
substraé el brillo del blanco.
En un sistema aditivo de color tal como el RGB, el blanco se obtiene de la
combinacion (mezcla aditiva) de los tres primarios, mientras que el negro es
la ausencia de luz. En el modelo CMYK, es justamente lo opuesto, el blanco
es el color natural del papel o del fondo que se va a colorear, mientras que
el negro resulta de la combinacion de las tres tintas de color. Para ahorrar
dinero en tinta, y para producir tonos de negro más profundos, colores no
saturados y colores oscuros, estos se producen sustituyendo la tinta negra
por la combinacionde cian, magentge y amarillo.
6.2.1.
Halftoning
El color magenta encima del amarillo produce un color naranja o rojo, y
el cyan encima del amarillo se ve verde. Existe una tecnica de impresion que
se llama “halftoning“ tambien conocido como apantallamiento, esta técnica
evita la saturación completa de los colores primarios. La impresion se realiza
con puntos pequeños de cada primario, y se imprimen en un patrón suficientemente pequeño que el ojo humano lo percibe como un solo color. El
magenta impreso a un 20 % de halftone, produce un color rosa, esto es porque
el ojo percibe los puntos pequeños de magenta y el blanco del papel de fondo
que esta entre los puntos como un color menos saturado que la tinta magenta
pura.
Without halftoning, the three primary process colors could be printed
only as solid blocks of color, and therefore could produce only six colors: the
three primaries themselves, plus three complementary colors produced by
layering two of the primaries (cyan and yellow produce green; cyan and magenta produce a purplish blue; yellow and magenta produce red (these subtractive complementary colors correspond roughly to the additive primary
colors). With halftoning, a full continuous range of colors can be produced.
[edit]Screen angle An image along with its cyan, magenta, and yellow components. An image along with its cyan, magenta, and yellow components.
72
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
c patterns, the screens for indiTo improve print quality and reduce moirð
vidual colors are set at unique angles. While the specific angles depend on
how many colors are used and the preference of the press operator, typical
CMYK process printing uses any of the following screen angles:[2][3] C 75Â◦
15Â◦ 105Â◦ M 15Â◦ 45Â◦ 75Â◦ Y 0Â◦ 0Â◦ 90Â◦ K 45Â◦ 75Â◦ 15Â◦
[edit]Why black ink is used The same image, this time represented by the
CMYK model. It is evident that significantly less color ink would be necessary
to print this image when key is used. The same image, this time represented
by the CMYK model. It is evident that significantly less color ink would be
necessary to print this image when key is used. For several reasons, the black“
generated by mixing Cyan, Magenta and Yellow primaries is unsatisfactory,
and so four-color printing uses black ink in addition to the subtractive primaries. Common reasons for using black ink include:[4] Text is typically printed
in black and includes fine detail (such as serifs), so to reproduce text or other
finely detailed outlines using three inks without slight blurring would require
impractically accurate registration (i.e. all three images would need to be
aligned extremely precisely). A combination of 100 % cyan, magenta, and
yellow inks soaks the paper with ink, making it slower to dry, and sometimes
impractically so. A combination of 100 % cyan, magenta, and yellow inks often results in a muddy dark brown color that does not quite appear black.
Adding black ink absorbs more light, and yields much “blacker“ blacks. Using
black ink is less expensive than using the corresponding amounts of colored
inks. When a very dark area is desirable, a colored or gray CMY “bedding“
is applied first, then a full black layer is applied on top, making a rich, deep
black; this is called rich black.[5] A black made with just CMY inks is sometimes called a composite black. The amount of black to use to replace amounts
of the other ink is variable, and the choice depends on the technology, paper
and ink in use. Processes called under color removal, under color addition,
and gray component replacement are used to decide on the final mix; different CMYK recipes will be used depending on the printing task. [edit]Other
printer color models CMYK or process color printing is contrasted with spot
color printing, in which specific colored inks are used (without halftoning) to
produce the colors appearing on paper. Some printing presses are capable of
printing with both four-color process inks and additional spot color inks at
the same time. High-quality printed materials, such as marketing brochures
and books, may include photographs requiring process-color printing, other
graphic effects requiring spot colors (such as metallic inks), and finishes such as varnish, which enhances the glossy appearance of the printed piece.
6.3. ESPACIO DE COLOR HSV
73
CMYK process printers often have a relatively small color gamut, because
processes such as Pantone’s proprietary six-color (CMYKOG) Hexachrome
can considerably expand the gamut. Additionally, light, saturated colors often cannot be created with CMYK, and light colors in general can make
visible the halftone pattern. Using a CcMmYK process, with the addition of
light cyan and magenta inks to CMYK, can solve these problems, and such
a process is used by many desktop inkjet printers.[6] [edit]Comparison with
RGB Comparisons between RGB displays and CMYK prints can be difficult,
since the color reproduction technologies and properties are so different. A
laser or ink-jet printer prints in dots per inch (dpi) which is very different
from a computer screen, which displays graphics in pixels per inch (ppi). A
computer screen mixes shades of red, green, and blue to create color pictures.
A CMYK printer must compete with the many shades of RGB with only one
shade of each of cyan, magenta and yellow, which it will mix using dithering,
halftoning or some other optical technique; this dithering produces a lower level of detail than the printer’s dpi suggests. [edit]Conversion Since RGB and
CMYK spaces are both device-dependent spaces, there is no simple or general conversion formula that converts between them. Conversions are generally
done through color management systems, using color profiles that describe
the spaces being converted. Nevertheless, the conversions can not be exact,
since these spaces have very different gamuts. The problem of computing a
colorimetric estimate of the color that results from printing various combinations of ink has been addressed by many scientists.[7] A general method that
has emerged for the case of halftone printing is to treat each tiny overlap
of color dots as one of 8 (combinations of CMY) or of 16 (combinations of
CMYK) colors, which in this context are known as Neugebauer primaries.
The resultant color would be an area-weighted colorimetric combination of
these primary colors, except that the Yule (Nielsen effect (“dot gain“) of
scattered light between and within the areas complicates the physics and the
analysis; empirical formulas for such analysis have been developed, in terms
of detailed dye combination absorption spectra and empirical parameters.[7]
6.3.
Espacio de color HSV
HSV color space From Wikipedia, the free encyclopedia
Learn more about using Wikipedia for research Merge arrow It has been
suggested that this article or section be merged into HSL color space. (Dis-
74
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
cuss) The template below is being considered for deletion. See templates for
deletion to help reach a consensus. This article needs additional references
or sources for verification. Please help improve this article by adding reliable
references. (help, get involved!) Unverifiable material may be challenged and
removed. The HSV (Hue, Saturation, Value) model, also known as HSB (Hue,
Saturation, Brightness), defines a color space in terms of three constituent
components: Hue scale Hue scale Hue, the color type (such as red, blue, or
yellow): Ranges from 0 (360 in most applications. Each value corresponds to
one color. Examples: 0 is red, 45 is a shade of orange and 55 is a shade of
yellow. Saturation, the intensity of the color: Ranges from 0 (100Also sometimes called the “purity“ by analogy to the colorimetric quantities excitation
purity and colorimetric purity. Value, the brightness of the color: Ranges from
0 (100 %. 0 is always black. Depending on the saturation, 100 may be white
or a more or less saturated color. The HSV model was created in 1978 by
Alvy Ray Smith. It is a nonlinear transformation of the RGB color space, and
may be used in color progressions. Note that HSV and HSB are the same, but
HSL is different. The definition of the HSV color model is not device independent. HSV is only defined relative to RGB intensities â without physical
definitions of their chromaticities and white point. For accurate and device
independent representation, use CIE L*a*b or another CIE-based color model. Contents [hide] 1 Visualization of HSV 1.1 Varying one component 1.2
Neighborhood of hues 2 HSV and color perception 3 Transformation between
HSV and RGB 3.1 From RGB to HSV 3.2 From HSV to RGB 4 Complementary colors 5 References 6 See also 7 External links [edit]Visualization
of HSV An HSV color wheel allows the user to quickly select a multitude
of colors. An HSV color wheel allows the user to quickly select a multitude
of colors. Time-varied representation of the HSV color wheel. Time-varied
representation of the HSV color wheel. The HSV model is commonly used in
computer graphics applications. In various application contexts, a user must
choose a color to be applied to a particular graphical element. When used
in this way, the HSV color wheel is often used. In it, the hue is represented
by a circular region; a separate triangular region may be used to represent
saturation and value. Typically, the vertical axis of the triangle indicates saturation, while the horizontal axis corresponds to value. In this way, a color
can be chosen by first picking the hue from the circular region, then selecting the desired saturation and value from the triangular region. The conical
representation of the HSV model is well-suited to visualizing the entire HSV
color space in a single object. The conical representation of the HSV model
6.3. ESPACIO DE COLOR HSV
75
is well-suited to visualizing the entire HSV color space in a single object.
Time-varied representation of the HSV cone. Time-varied representation of
the HSV cone. Another visualization method of the HSV model is the cone.
In this representation, the hue is depicted as a three-dimensional conical formation of the color wheel. The saturation is represented by the distance from
the center of a circular cross-section of the cone, and the value is the distance from the pointed end of the cone. Some representations use a hexagonal
cone, or hexcone, instead of a circular cone. This method is well-suited to
visualizing the entire HSV color space in a single object; however, due to
its three-dimensional nature, it is not well-suited to color selection in twodimensional computer interfaces. The cylindrical representation of the HSV
model might be considered the most mathematically accurate model of the
HSV color space. The cylindrical representation of the HSV model might be
considered the most mathematically accurate model of the HSV color space.
Time-varied representation of the HSV cylinder. Time-varied representation
of the HSV cylinder. The HSV color space could also be visualized as a
cylindrical object; similar to the cone above, the hue varies along the outer
circumference of a cylinder, with saturation again varying with distance from
the center of a circular cross-section. Value again varies from top to bottom.
Such a representation might be considered the most mathematically accurate
model of the HSV color space; however, in practice the number of visually
distinct saturation levels and hues decreases as the value approaches black.
Additionally, computers typically store RGB values with a limited range of
precision; the constraints of precision, coupled with the limitations of human color perception, make the cone visualization more practical in most
cases. [edit]Varying one component A chart can be used to view precisely
the effect of varying levels for hue, saturation or value. Chart of increasing
Saturation for three Value levels. Chart of increasing Saturation for three
Value levels. Chart of increasing Value for three Saturation levels. Chart of
increasing Value for three Saturation levels. [edit]Neighborhood of hues 3x3x3
Hue Neighborhood 3x3x3 Hue Neighborhood Another way to view varying
levels is to show a set of colors near one another, varying slightly in hue,
saturation, and value. Note the image has 27 close shades of orange, sorted
by luma, spiraling inward to the brightest point. The small center blocks are
the same set of colors sorted in a more linear arrangement. [edit]HSV and
color perception An image, along with its H, S and V components. Note that
the H element is the only one displaying color. Compare the dark on the left
side of the barn roof and the white of the snow; in both cases these have
76
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
color, but the saturation is very low, causing them to be near-greyscale; the
intensity of the barn, however, is much lower than the snow. The green of the
grass is highly saturated and of moderate intensity; the blue of the mountains is consistent in color but varies in intensity and saturation; and the
sky has constant color and intensity but varying saturation. An image, along
with its H, S and V components. Note that the H element is the only one
displaying color. Compare the dark on the left side of the barn roof and the
white of the snow; in both cases these have color, but the saturation is very
low, causing them to be near-greyscale; the intensity of the barn, however, is
much lower than the snow. The green of the grass is highly saturated and of
moderate intensity; the blue of the mountains is consistent in color but varies in intensity and saturation; and the sky has constant color and intensity
but varying saturation. Artists sometimes prefer to use the HSV color model
over alternative models such as RGB or CMYK, because of its similarities
to the way humans tend to perceive color. RGB and CMYK are additive
and subtractive models, respectively, defining color in terms of the combination of primaries, whereas HSV encapsulates information about a color in
terms that are more familiar to humans: What color is it? How vibrant is
it? How light or dark is it? The HSL color space is similar and arguably
even better than HSV in this respect. The HSV tristimulus space does not
technically support a one-to-one mapping to physical power spectra as measured in radiometry. Thus it is not generally advisable to try to make direct
comparisons between HSV coordinates and physical light properties such as
wavelength or amplitude. However, if physical intuitions are indispensable,
it is possible to translate HSV coordinates into pseudo-physical properties
using the psychophysical terminology of colorimetry as follows: Hue specifies
the dominant wavelength of the color, except in the range between red and
indigo (somewhere between 240 and 360 degrees) where the Hue denotes a
position along the line of pure purples If the hue perception were recreated, actually using a monochromatic, pure spectral color at the dominant
wavelength, the desaturation would be roughly analogous to an applied frequency spread around the dominant wavelength or alternatively the amount
of equal-power (i.e., white) light added to the pure spectral color. The value
is roughly analogous to the total power of the spectrum, or the maximum
amplitude of the light waveform. However, it should be obvious from the
equations below that value is actually closer to the power of the greatest spectral component (the statistical mode, not the cumulative power across the
distribution). [edit]Transformation between HSV and RGB An illustration of
6.4. ESPACIO DE COLOR HSL
77
the relationship between HSV and RGB color spaces. An illustration of the
relationship between HSV and RGB color spaces. H ∈ [0, 360) S, V, R, G, B ∈
[0, 1] [edit]F
 romRGBtoHSV LetM AXequalthemaximumof the(R, G, B)values, andM IN equalthem

undefined,
if MAX = MIN



G−B


if MAX = R
60 ◦ × MAX −MIN + 0◦,




(

and G ≥ B

0,
if MAX = 0
G−B
V
H = 60 ◦ × MAX
+ 360◦, if MAX = R S =
MIN
−MIN

1
−
,
otherwise

MAX

and G < B




B−R

60 ◦ × MAX
+ 120◦, if MAX = G

−MIN


60 ◦ × R−G + 240◦, if MAX = B
MAX −MIN
¥H ¦
H
= MAX [edit]From HSV to RGB Hi = 60
mod 6f = 60
− Hi p = V (1 −
S) q = V (1−f S) t = V (1−(1−f )S) if Hi = 0 → R = V, G = t, B = pif Hi =
1 → R = q, G = V, B = pif Hi = 2 → R = p, G = V, B = tif Hi = 3 → R =
p, G = q, B = V if Hi = 4 → R = t, G = p, B = V if Hi = 5 → R = V, G =
p, B = qIncomputergraphics, sometimeseachHSV andRGBparameterisrepresentedbyanintegerf r
theHSV point(0, 255, 255)ismappedtotheRGBpoint(255, 0, 0)andtheHSV point(1, 255, 255)ismapped
(255, k, 0), k = 1to5.[edit]ComplementarycolorsM ainarticle : ComplementarycolorW eregardtwoco
(
H − 180, if H ≥ 180
VS
S0 = V (S−1)+1
V 0 = V (S − 1) + 1
H + 180, if H < 180
6.4.
Espacio de color HSL
HSL color space
It has been suggested that HSV color space be merged into this article
or section. (Discuss) Color conesColor sphereThe HSL color space, also called HLS or HSI, stands for Hue, Saturation, Lightness (also Luminance or
Luminosity) / Intensity. While HSV (Hue, Saturation, Value) can be viewed
graphically as a color cone or hexcone, HSL can be drawn as a double cone
or double hexcone as well as a sphere. Both systems are non-linear deformations of the RGB colour cube. The two apexes of the HSL double hexcone
correspond to black and white. The angular parameter of the HSL double
hexcone corresponds to hue, distance from the axis corresponds to saturation, and distance along the black-white axis corresponds to lightness. HSL
does not define colors exactly because, like RGB, it is not an absolute color
space. Since the color of RGB depends on the exact shade of red, blue and
78
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
green (“primaries“) used, so HSL, which is a simple transformation of RGB,
also depends on the primaries. Strictly speaking, it is not a color space but
a color model. HSL can become an exact way to choose color when it is tied
to a particular RGB color space, such as sRGB, perhaps specified with an
RGB ICC profile. Another way to think about it is that each distinct RGB
color space has its own HSL color space to accompany it.
An image, along with its H, S and L components. An image, along with its
H, S and L components. The (R, G, B) values must be expressed as numbers
from 0 to 1. Let MAX equal the greatest of the (R, G, B) values, and MIN
equal the
least of those values. The formula can then be written as

undefined
if M AX = M IN



G−B


60 ◦ × M AX−M
+ 0◦,
if M AX = R

IN






and
G
≥
B
0

M AX−M IN
IN
G−B
H = 60 ◦ × M AX−M IN + 360◦, if M AX = R
S= M
= M AX−M
,
AX+M IN
2L




M
AX−M
IN
M
AX−M
IN

=
,
and G < B

2−(M AX+M IN )
2−2L



B−R

60 ◦ × M AX−M IN + 120◦, if M AX = G



60 ◦ × R−G
+ 240◦, if M AX = B
M AX−M IN
= 21 (MAX + MIN)H is generally normalized to lie between 0 and 360Â◦ ,
and H = 0 is often used when MAX = MIN instead of leaving H undefined.
HSL and HSV have the same definition of hue, but the other components
differ. The other two components of HSV are defined as follows: S = MAX MIN
M IN
M AX=1− M
V =M AX [edit]ConvertingtoRGBGivenacolordef inedby(H,S,L)values,withH,rangingf rom0,0inclu
AX
HSL is similar to HSV. For some people, HSL better reflects the intuitive
notion of “saturation“ and “lightness“ as two independent parameters, but
for others its definition of saturation is wrong, as for example a very pastel,
almost white color can be defined as fully saturated in HSL. It might be controversial, though, whether HSV or HSL is more suitable for use in human
user interfaces. The CSS3 specification from the W3C states, “Advantages
of HSL are that it is symmetrical to lightness and darkness (which is not the
case with HSV for example)â“ This means that: In HSL, the Saturation component always goes from fully saturated color to the equivalent gray (in HSV,
with V at maximum, it goes from saturated color to white, which may be
6.4. ESPACIO DE COLOR HSL
79
considered counterintuitive). The Lightness in HSL always spans the entire
range from black through the chosen hue to white (in HSV, the V component only goes half that way, from black to the chosen hue). In software, a
hue-based color model (HSV or HSL) is usually presented to the user in the
form of a linear or circular hue chooser and a two-dimensional area (usually
a square or a triangle) where you can choose saturation and value/lightness
for the selected hue. With this representation, the difference between HSV
and HSL is irrelevant. However, many programs also let you select a color via
linear sliders or numeric entry fields, and for those controls, usually either
HSL or HSV (not both) are used. HSV is traditionally more common. Here are some examples: Applications that use HSV (HSB): Apple Mac OS X
system color picker (has a color disk for H/S and a slider for V) Xara Xtreme Paint.NET (has a color disk for H/S and a slider for V) Adobe graphic
applications (Illustrator, Photoshop, and others) Applications that use HSL:
The CSS3 specification Inkscape (starting from version 0.42) Macromedia
Studio Microsoft Windows system color picker (including Microsoft Paint)
Paint Shop Pro ImageMagick Applications that use both HSV and HSL: Pixel image editor (starting from Beta5) Pixia Bryce The GIMP (HSV for color
selection, HSL for image color adjustment) [edit]Terminology The terms attributed to the “L“ component of HSL color space may be misleading since
they have little to do with color science definitions of the terms. Lightness
refers to the perceived reflectance of a surface.[2] Luminance typically refers
to relative luminance, which is based on the photometric definition of luminance but normalized with respect to a reference white. Luminosity typically
(and incorrectly) refers to luminance. [edit]Examples The RGB values are
shown in the range 0.0 to 1.0. RGB HSL HSV Result (1, 0, 0) (0Â◦ , 1, 0.5)
(0Â◦ , 1, 1) (0.5, 1, 0.5) (120Â◦ , 1, 0.75) (120Â◦ , 0.5, 1) (0, 0, 0.5) (240Â◦ , 1,
0.25) (240Â◦ , 1, 0.5)
An explanation of HSL and how it differs from RGB can be found in the
W3C’s CSS3 Color Module. Formulas for converting to and from RGB can
be found on EasyRGB.com. [hide] v d e Color space · Color models RGB
color spaces · RGB color model · CMYK color model · HSV color space
· HSL color space · RYB color model · CIELAB (L*a*b*) · YUV for
PAL television · YDbDr for SECAM television · YIQ for NTSC television
Categories: Articles to be merged since September 2007 — Color space article
80
6.5.
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
Espacio de color Lab
Lab color space From Wikipedia, the free encyclopedia
The L*a*b* color space, showing only colors that fit within the sRGB
gamut (and can therefore be displayed on a typical computer display). Each axis of each square ranges from -128 to 128. The L*a*b* color space,
showing only colors that fit within the sRGB gamut (and can therefore be
displayed on a typical computer display). Each axis of each square ranges
from -128 to 128. An Lab color space is a color-opponent space with dimension L for luminance and a and b for the color-opponent dimensions, based
on nonlinearly-compressed CIE XYZ color space coordinates. The coordinates of the Hunter 1948 L, a, b color space are L, a, and b.[1][2] However, Lab
is now more often used as an informal abbreviation for the CIE 1976 (L*,
a*, b*) color space (also called CIELAB, whose coordinates are actually L*,
a*, and b*). Thus the initials Lab by themselves are somewhat ambiguous.
The color spaces are related in purpose, but differ in implementation. Both
spaces are derived from the “master“ space CIE 1931 XYZ color space, which can predict which spectral power distributions will be perceived as the
same color (see metamerism), but which is not particularly perceptually uniform. Strongly influenced by the Munsell color system, the intention of both
“Lab“ color spaces is to create a space which can be computed via simple
formulas from the XYZ space, but is more perceptually linear than XYZ.[3]
Perceptually linear means that a change of the same amount in a color value should produce a change of about the same visual importance. When
storing colors in limited precision values, this can improve the reproduction
of tones. Both Lab spaces are relative to the whitepoint of the XYZ data
they were converted from. Lab values do not define absolute colors unless
the whitepoint is also specified. Often, in practice, the whitepoint is assumed
to follow a standard and is not explicitly stated (e.g., for absolute rendering
intent ICC L*a*b* values are relative to CIE standard illuminant D50, while
they are relative to the unprinted substrate for other rendering intents).[4]
CIELAB is calculated using cube roots, and Hunter Lab is calculated using
square roots.[5][clarify] Except where data must be compared with existing
Hunter L,a,b values, it is recommended that CIELAB be used for new applications.[5] Contents [hide] 1 Advantages of Lab 2 Which “Lab“? 3 CIE
1976 (L*, a*, b*) color space (CIELAB) 3.1 Measuring differences 3.2 RGB
and CMYK conversions 3.3 XYZ to CIE L*a*b* (CIELAB) and CIELAB to
XYZ conversions 3.3.1 The forward transformation 3.3.2 The reverse trans-
6.5. ESPACIO DE COLOR LAB
81
formation 4 Hunter Lab Color Space 4.1 Approximate formulas for Ka and
Kb 4.2 The Hunter Lab Color Space as an Adams Chromatic Valance Space
5 References 6 External links [edit]Advantages of Lab Unlike the RGB and
CMYK color models, Lab color is designed to approximate human vision. It
aspires to perceptual uniformity, and its L component closely matches human
perception of lightness. It can thus be used to make accurate color balance
corrections by modifying output curves in the a and b components, or to
adjust the lightness contrast using the L component. These transformations
are difficult or impossible in the RGB or CYMK spaces, which model the
output of physical devices, rather than human visual perception. Because
Lab space is much larger than the gamut of computer displays, printers, or
even human vision, a bitmap image represented as Lab requires more data
per pixel to obtain the same precision as an RGB or CMYK bitmap. In the
1990s, when computer hardware and software was mostly limited to storing
and manipulating 8 bit/channel bitmaps, converting an RGB image to Lab
and back was a lossy operation. With 16 bit/channel support now common,
this is no longer such a problem. Additionally, many of the “colors“ within
Lab space fall outside the gamut of human vision, and are therefore purely imaginary; these “colors“ cannot be reproduced in the physical world.
Though color management software, such as that built in to image editing
applications, will pick the closest in-gamut approximation, changing lightness, colorfulness, and sometimes hue in the process, author Dan Margulis
claims that this access to imaginary colors is useful going between several
steps in the manipulation of a picture.[6] [edit]Which “Lab“? Some specific
uses of the abbreviation in software, literature etc. In Adobe Photoshop, image editing using “Lab mode“ is CIELAB D50.[6] In ICC Profiles, the “Lab
color space“ used as a profile connection space is CIELAB D50.[4] In TIFF
files, the CIELAB color space may be used.[7] In PDF documents, the “Lab
color space“ is CIELAB.[citation needed] [edit]CIE 1976 (L*, a*, b*) color
space (CIELAB) CIE L*a*b* (CIELAB) is the most complete color model
used conventionally to describe all the colors visible to the human eye. It
was developed for this specific purpose by the International Commission on
Illumination (Commission Internationale d’Eclairage, hence its CIE initialism). The asterisk (*) after L, a and b are part of the full name, since they
represent L*, a* and b*, to distinguish them from L, a and b. Because the
Red/Green and yellow/blue opponent channels are computed as differences
of Munsell-value-like transformations of (putative) cone responses, CIELAB
is an Adams Chromatic Value Space. The three basic coordinates represent
82
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
the lightness of the color (L*, L* = 0 yields black and L* = 100 indicates
white), its position between red/magenta and green (a*, negative values indicate green while positive values indicate magenta) and its position between
yellow and blue (b*, negative values indicate blue and positive values indicate yellow).[clarify] The L*a*b* color model has been created to serve as
a device independent model to be used as a reference. Therefore it is crucial to realize that the visual representations of the full gamut of colors in
this model are never accurate. They are there just to help in understanding
the concept, but they are inherently inaccurate. Since the L*a*b* model is
a three dimensional model, it can only be represented properly in a three
dimensional space. [8] [edit]Measuring differences CIE 1976 L*a*b* is based
directly on the CIE 1931 XYZ color space as an attempt to linearize the perceptibility of color differences, using the color difference metric described by
the MacAdam ellipse.[clarify] The non-linear relations for L*, a*, and b* are
intended to mimic the logarithmic response of the eye. Coloring information
is referred to the color of the white point of the system, subscript n.[9] Uniform changes of components in the L*a*b* color model aim to correspond to
uniform changes in perceived color. So the relative perceptual differences between any two colors in L*a*b* can be approximated by treating each color
as a point in a three dimensional space (with three components: L*, a*, b*)
and taking the euclidean distance between them.[9] This Euclidean distance
in L*a*b* space is ÎE (often called “Delta E,“ and more precisely ÎE*ab).
Using
(L1 ∗, a1 ∗, b1 ∗)and(L2 ∗, a2 ∗, b2 ∗), twocolorsinL ∗ a ∗ b∗ : ∆E∗ab =
p
(L2 ∗ −L1 ∗)2 + (a2 ∗ −a1 ∗)2 + (b2 ∗ −b1 ∗)2 Arelatedcolorspace, theCIE1976(L∗, u∗, v∗)c
a∗b∗buthasadif f erentrepresentationof theu∗andv∗components(preservingthesameL∗).[e
a∗b∗, becausetheRGBandCM Y Kcolormodelsaredevicedependent.T heRGBorCM Y Kvalu
a∗b∗.[edit]XY ZtoCIEL∗a∗b∗(CIELAB)andCIELABtoXY Zconversions[edit]T hef orwa
116 f (Y /Yn )−16a∗ = 500 [f (X/Xn )−f (Y /Yn )]b∗ = 200 [f (Y /Yn )−f (Z/Zn )]wheref (t) =
t1/3 f ort > 0,008856 f (t) = 7,787 t+16/116otherwiseHereXn, Y nandZnaretheCIEXY Zt
0.f (t)wasassumedtobelinearbelowsomet = t0, andwasassumedtomatchthet1/3partof thef
t0 1/3 = at0 +b (matchinvalue)1/(3t0 2/3) = a (matchinslope)T hevalueof bwaschosentobe1
ˆ 6/29.N otethat16/116 = 2I´
ˆ/3[edit]T hereve
a = 1/(3δ2) = 7,7870370 = δ3 = 0,008856I´=
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6.5. ESPACIO DE COLOR LAB
83
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YUV From Wikipedia, the free encyclopedia
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this template accordingly. Example of U-V color plane, Y value = 0.5, represented within RGB color gamut Example of U-V color plane, Y value
= 0.5, represented within RGB color gamut Animation of all the possible
RGB colors in the YUV color space. Time is Y, X-axis is U and Y-axis is V.
(see image above) The black square delimits the (-0.5,-0.5)-(0.5,0.5) range.
Animation of all the possible RGB colors in the YUV color space. Time is Y,
X-axis is U and Y-axis is V. (see image above) The black square delimits the
(-0.5,-0.5)-(0.5,0.5) range. An image along with its Y, U, and V components.
An image along with its Y, U, and V components. The YUV model defines a
color space in terms of one luma and two chrominance components. The YUV
color model is used in the PAL, NTSC, and SECAM composite color video
standards. Previous black-and-white systems used only luma (Y) information
and color information (U and V) was added so that a black-and-white receiver would still be able to display a color picture as a normal black and white
pictures. YUV models human perception of color in a different way than the
84
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
standard RGB model used in computer graphics hardware. Y stands for the
luma component (the brightness) and U and V are the chrominance (color)
components. The YPbPr color model used in analog component video and
its digital version YCbCr used in digital video are more or less derived from
it (Cb/Pb and Cr/Pr are deviations from grey on blue-yellow and red-cyan
axes, whereas U and V are blue-luminance and red-luminance differences),
and are sometimes inaccurately called “YUV“. The YIQ color space used in
the analog NTSC television broadcasting system is related to it, although in a
more complex way. Contents [hide] 1 Mathematical derivations and formulae
1.1 Numerical approximations 2 Luminance/chrominance systems in general
3 Confusion with YCbCr 4 Types of sampling 5 Converting from YUV to
RGB 6 See also 7 External links [edit]Mathematical derivations and formulae
YUV signals are created from an original RGB (red, green and blue) source.
The weighted values of R, G, and B are added together to produce a single
Y signal, representing the overall brightness, or luminance, of that spot. The
U signal is then created by subtracting the Y from the blue signal of the original RGB, and then scaling; V is created by subtracting the Y from the red,
and then scaling by a different factor. This can be accomplished easily with
analog circuitry. Mathematically, the analog version of YUV can be obtained
from RGB with the following relationships
Y
U
V
also be
= 0,299 ∗ R + 0,587 ∗ G + 0,114 ∗ B
= 0,436 ∗ (B − Y )/(1 − 0,114)
The U and V components can
= 0,615 ∗ (R − Y )/(1 − 0,299)
explicated in the same way as Y, to obtain
Y = 0,299 ∗ R + 0,587 ∗ G + 0,114 ∗ B
U = −0,14713 ∗ R − 0,28886 ∗ G + 0,436 ∗ B It is supposed, in all the
V = 0,615 ∗ R − 0,51499 ∗ G − 0,10001 ∗ B
previous equations, that R, G, B ∈ [0, 1] .Asaconsequence, therangeof thetransf ormedcomp
Y ∈ [0, 1]
U ∈ [−0,436, 0,436] The inverse relationship, from YUV to RGB, is
V ∈ [−0,615, 0,615]
given by
R = Y + 1,13983 ∗ V
G = Y − 0,39465 ∗ U − 0,58060 ∗ V
B = Y + 2,03211 ∗ U
Alternatively, using a matrix representation, the formulae become
6.5. ESPACIO DE COLOR LAB
85
  
 
Y
0,299
0,587
0,114
R
U  = −0,14713 −0,28886


0,436
G
V
0,615
−0,51498 −0,10001
B
  
 
R
1
0
1,13983
Y
G = 1 −0,39465 −0,58060 U  There are some points regarding
B
1 2,03211
0
V
the RGB transformation
matrix:
The
top
£
¤
£
¤ row is
£ identical¤to that
£ of the ¤YIQ
color space If R G B T = 1 1 1 then Y U V T = 1 0 0 . In
other words, the top row coefficients sum to unity and the last two rows sum
to zero. These formulae use the more traditional model of YUV, which is used
for analog PAL equipment; digital PAL and digital NTSC HDTV do not use
YUV but YCbCr. [edit]Numerical approximations Prior to the development
of fast SIMD floating-point processors, most digital implementations of RGB¿YUV used integer math, in particular fixed-point approximations. In the
following examples, the operator “a b“ denotes an integer division by a
power of two, which is equivalent to a right-shift of a by b bits. In 16-bit
(modulo 65,536) arithmetic, we have Y = min(abs(r * 2104 + g * 4130 + b
* 802 + 4096 + 131072) 13, 235) U = min(abs(r * -1214 + g * -2384 + b *
3598 + 4096 + 1048576) 13, 240) V = min(abs(r * 3598 + g * -3013 + b *
-585 + 4096 + 1048576) 13, 240) whereas, for 8 bit (modulo 256) math, we
have Y = (( ( 66 * R + 129 * G + 25 * B + 128) 8) + 16) U = ( ( -38 * R
- 74 * G + 112 * B + 128) 8) + 128 V = ( ( 112 * R - 94 * G - 18 * B +
128) 8) + 128
[edit]Luminance/chrominance systems in general The primary advantages of luminance/chrominance systems such as YUV, and its relatives YIQ
and YDbDr, are that they remain compatible with black and white analog
television (largely due to the work of Georges Valensi). The Y channel saves
nearly all the data recorded by black and white cameras, so it produces a
signal suitable for reception on old monochrome displays. In this case, the U
and V are simply discarded. If displaying color, all three channels are used,
and the original RGB information can be decoded. Another advantage of
YUV is that some of the information can be discarded in order to reduce
bandwidth. The human eye has fairly little color sensitivity: the accuracy of
the brightness information of the luminance channel has far more impact on
the image discerned than that of the other two. Understanding this human
shortcoming, standards such as NTSC reduce the amount of data consumed
by the chrominance channels considerably, leaving the eye to extrapolate much of the color. NTSC saves only 11However, this color space conversion is
86
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
lossy. When the NTSC standard was created in the 1950s this was not a real
concern since the quality of the image was limited by the monitor equipment,
not the compressed signal being received. However today’s modern television
is capable of displaying more information than is contained in these lossy signals. To keep pace with the abilities of new technology, attempts have been
made to preserve more of the YUV signal while recording images, such as
S-Video on VCRs. Instead of YUV, YCbCr was used as the standard format
for (digital) common video compression algorithms such as MPEG-2. Digital
television and DVDs preserve their compressed video streams in the MPEG2 format, which uses a full YCbCr color space. The professional CCIR 601
uncompressed digital video format also uses YCbCr, primarily for compatibility with previous analog video standards. This stream can be easily mixed
into any output format needed. YUV is not an absolute color space. It is a
way of encoding RGB information, and the actual color displayed depends
on the actual RGB colorants used to display the signal. Therefore a value
expressed as YUV is only predictable if standard RGB colorants are used
(i.e. a fixed set of primary chromaticities, or particular set of red, green, and
blue). [edit]Confusion with YCbCr YUV is often and mistakenly used as the
term for YCbCr. However, they are different formats. YUV is an analog system with scale factors different than the digital YCbCr system.[1] [edit]Types
of sampling To get a digital signal, YUV images can be sampled in several
different ways; see chroma subsampling. [edit]Converting from YUV to RGB
function RGB* YUV444toRGB888(Y, U, V); converts YUV format to simple
RGB format and could be implemented using floating point arithmetic as:
YUV444 Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = â 0.147R â 0.289G + 0.436B
V = 0.615R â 0.515G â 0.100B
On older, non-SIMD architectures, floating point arithmetic is much slower
than using [fixed point] arithmetic, so an alternative formulation is: C = Y
- 16 D = U - 128 E = V - 128
Using the previous coefficients and noting that clip() denotes clipping a
value to the range of 0 to 255, the following formulas provide the conversion
from YUV to RGB: R = clip(( 298 * C + 409 * E + 128) 8) G = clip(( 298
* C - 100 * D - 208 * E + 128) 8) B = clip(( 298 * C + 516 * D + 128) 8)
YUV422 INPUT: Read 4 bytes of YUV (u, y1, v, y2 ) OUTPUT: Writes
6 bytes of RGB (R, G, B, R, G, B) u = yuv[0]; y1 = yuv[1]; v = yuv[2]; y2
= yuv[3];
Using this information it could be parsed as regular YUV444 format
to get 2 RGB pixels info: rgb1 = YUV444toRGB888(y1, u, v); rgb2 =
6.5. ESPACIO DE COLOR LAB
87
YUV444toRGB888(y2, u, v);
YUV422 can also be expressed in YUY2 FOURCC format code. That
means 2 pixels will be defined in each macropixel (four bytes) treated in the
image.
YUV411 // Extract yuv components u = yuv[0]; y1 = yuv[1]; y2 = yuv[2];
v = yuv[3]; y3 = yuv[4]; y4 = yuv[5];
rgb1 = YUV444toRGB888(y1, u, v); rgb2 = YUV444toRGB888(y2, u,
v); rgb3 = YUV444toRGB888(y3, u, v); rgb4 = YUV444toRGB888(y4, u,
v);
So the result is we are getting 4 RGB pixels values (4*3 bytes) from 6 bytes. This means reducing size of transferred data to half and with quite good
loss of quality. YUV420p (and YV12) YUV420p is a planar format, meaning
that the Y, U, and V values are grouped together instead of interspersed.
The reason for this is that by grouping the U and V values together, the
image becomes much more compressible. When given an array of an image
in the YUV420p format, all the Y values come first, followed by all the U
values, followed finally by all the V values. The YV12 format is essentially
the same as YUV420p, but it has the U and V data reversed: the Y values
are followed by the V values, with the U values last. As long as care is taken
to extract U and V values from the proper locations, both YUV420p and
YV12 can be processed using the same algorithm. As with most YUV formats, there are as many Y values as there are pixels. Where X equals the
height multiplied by the width, the first X indices in the array are Y values
that correspond to each individual pixel. However, there are only one fourth
as many U and V values. The U and V values correspond to each 2 by 2 block
of the image, meaning each U and V entry applies to four pixels. After the Y
values, the next X/4 indices are the U values for each 2 by 2 block, and the
next X/4 indices after that are the V values that also apply to each 2 by 2
block. Translating YUV420p to RGB is a rather involved process compared
to the previous formats. Taking a 16 by 16 image for example, getting the
RGB values for pixel (5, 7) where (0, 0) is the top left pixel would be done
as follows. The character “/“ implies integer division, meaning that if there
is a remainder, it will be discarded. Height = 16; Width = 16; YArraySize
= Height * Width = 256; Y = Array[7 * Width + 5]; U = Array[(7/2) *
(Width/2) + 5/2 + YArraySize]; V = Array[(7/2) * (Width/2) + 5/2 +
YArraySize + YArraySize/4];
RGB = YUV444toRGB888(Y, U, V);
Image:Yuv420.png As shown in the above image, the Y, U and V com-
88
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
ponents in YUV420 are encoded separately in sequential blocks. A Y value
is stored for every pixel, followed by a U value for each 2x2 square block of pixels, and finally a V value for each 2x2 block. Corresponding Y, U
and V values are shown using the same color in the diagram above. Read
line-by-line as a byte stream from a device, the Y block would be found
at position 0, the U block at position x*y (6*4 = 24 in this example) and
the V block at position x*y + (x*y)/4 (here, 6*4 + (6*4)/4 = 30). Raw
YCbCr streams are often stored in files with extension “.yuv“. Here are
some freely available examples for research purposes: http://www.tkn.tuberlin.de/research/evalvid/cif.html. These are simply a sequence of YCbCr
frames serialized into a byte stream. [edit]See also Chroma subsampling SVideo [hide] v d e Color space · Color models RGB color spaces · RGB
color model · CMYK color model · HSV color space · HSL color space
· RYB color model · CIELAB (L*a*b*) · YUV for PAL television ·
YDbDr for SECAM television · YIQ for NTSC television [edit]External
links RGB/YUV Pixel Conversion Explanation of many different formats
in the YUV family Charles Poynton - Video engineering YUV422 to RGB
using SSE/Assembly Categories: Television articles needing expert attention
— Articles needing expert attention — Color space article
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RYB color model From Wikipedia, the free encyclopedia
Ten things you didn’t know about images on Wikipedia Mixture of RYB
primary colors Mixture of RYB primary colors RYB (an abbrieviation of redyellow-blue) is a historical set of subtractive primary colors. It is primarily
used in art and art education, particularly painting. It predates modern scientific color theory. Contents [hide] 1 Color Wheel 2 History 3 Limitations and
Eccentricities 4 See also 5 References [edit]Color Wheel Standard RYB Color
Wheel Standard RYB Color Wheel RYB make up the primary color triad
in a standard color wheel. The secondary colors VOG (violet-orange-green)
also make up another triad. Triads are formed by 3 equidistant colors on a
particular color wheel. Other common color wheels[citation needed] include
the light model and the print model. [edit]History The RYB primary colors
became the foundation of 18th century theories of color vision, as the fundamental sensory qualities that are blended in the perception of all physical
colors and equally in the physical mixture of pigments or dyes. These theories
were enhanced by 18th-century investigations of a variety of purely psychological color effects, in particular the contrast between “complementary“ or
opposing hues that are produced by color afterimages and in the contrasting
shadows in colored light. These ideas and many personal color observations
were summarized in two founding documents in color theory: the Theory of
Colors (1810) by the German poet and government minister Johann Wolfgang von Goethe, and The Law of Simultaneous Color Contrast (1839) by the
French industrial chemist Michel-Eugène Chevreul. Subsequently, German
and English scientists established in the late 19th century that color perception is best described in terms of a different set of primary colors – red,
green and blue (RGB) – modeled through the additive, rather than subtractive, mixture of three monochromatic lights. Painters have long used more
than three RYB primary colors in their palettesâand at one point considered
red, yellow, blue, and green to be the four primaries[1]. Red, yellow, blue,
and green are still widely considered the four psychological primary colors[2],
though red, yellow, blue and are sometimes listed as the three psychological
primaries [3], with black and white occasionally added as a fourth and fifth
[4]. [edit]Limitations and Eccentricities In the RGB color space the colors are
90
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
added, thus you start with levels of dark colors which are added to produce
lighter colors. RYB uses pigments, which are not added, and thus combining
colors using the RYB color system will result in a darker color. Because of
this it is impossible to create magenta, because its value would normally be
the combined value of Red and Blue, but combining them using pigments
creates a darker color (namely purple or violet). Because of this any color in
between red and blue must be darker than red and blue, and any color between yellow and red or yellow and blue must be darker than yellow. [edit]See
also Color Color solid Color theory List of colors Additive color Subtractive
color Primary colors [edit]References For instance Leonardo da Vinci wrote of these four simple colors in his notebook circa 1500. See Rolf Kuenhi.
“Development of the Idea of Simple Colors in the 16th and Early 17th Centuries“. Color Research and Application. Volume 32, Number 2, April 2007.
Resultby Leslie D. Stroebel, Ira B. Current (2000). Basic Photographic Materials and Processes. Focal Press. ISBN 0240803450. MS Sharon Ross , Elise
Kinkead (2004). Decorative Painting Faux Finishes. Creative Homeowner.
ISBN 1580111793. Swirnoff, Lois (2003). Dimensional Color. W. W. Norton
Company. ISBN 0393731022. [hide] v d e Color space · Color models RGB
color spaces · RGB color model · CMYK color model · HSV color space
· HSL color space · RYB color model · CIELAB (L*a*b*) · YUV for
PAL television · YDbDr for SECAM television · YIQ for NTSC television
Categories: All articles with unsourced statements — Articles with unsourced
statements since August 2007 — Color space article
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YIQ From Wikipedia, the free encyclopedia
Ten things you didn’t know about Wikipedia The YIQ color space at
Y=0.5 in IQ steps of 0.25 . Note that the I and Q chroma coordinates are
scaled up to 1.0 . See the formulae below in the article to get the right
bounds. The YIQ color space at Y=0.5 in IQ steps of 0.25 . Note that the
I and Q chroma coordinates are scaled up to 1.0 . See the formulae below in the article to get the right bounds. An image along with its Y, I,
and Q components. An image along with its Y, I, and Q components. YIQ
is the color space used by the NTSC color TV system, employed mainly
in North and Central America, and Japan. In the USA, currently federally
mandated for analog over-the-air TV broadcasting as shown in this excerpt of
the current FCC rules and regulations part 73 “TV transmission standard“:
(Quote) “The equivalent bandwidth assigned prior to modulation to the
color difference signals EQâ2 andEIâ2 areasf ollows : Q−channelbandwidth :
At400kHzlessthan2dBdown.At500kHzlessthan6dBdown.At600kHzatleast6dBdown.I−
channelbandwidth : At1,3M Hzlessthan2dBdown.At3,6M Hzatleast20dBdown.“(Endquote.)Istand
phase, whileQstandsf orquadrature, ref erringtothecomponentsusedinquadratureamplitudemodula
and−whitetelevisionreceivers.IandQrepresentthechrominanceinf ormation.InY U V, theU andV co
responsecharacteristics.T heeyeismoresensitivetochangesintheorange−blue(I)rangethaninthepur
greenrange(Q)âtheref orelessbandwidthisrequiredf orQthanf orI.BroadcastN T SClimitsIto1,3M H
bluerange, bothcomponentsmustbegiventhesameamountof bandwidthasItoachievesimilarcolorf ide
Y andB−Y decodingwhichrequiresonlyonef ilter, IandQeachrequiresadif f erentf iltertosatisf ythe
at−a−timemodewithaP CorinrealtimewiththeF astIQP rocessor(F IQP ).SomeRCA“ColorT rak“h
F CCversionof N T SC.R, G, B, Y ∈ [0, 1] I ∈ [−0,5957, 0,5957] Q ∈ [−0,5226, 0,5226] F romRGBtoY
Y = 0,299R+0,587G+0,114BI = 0,5957Râ0,2744Gâ0,3212BQ = 0,2114Râ0,5226G+
0,3111BF romY IQtoRGB : R = Y +0,9563I+0,6210QG = Y â0,2721Iâ0,6473QB =
Y â1,1070I
  +
 1,7046QOr, usingamatrixrepresentation
   :  

Y
0,299
0,587
0,114
R
R
1 0,9563
0,6210
 I  = 0,595716 −0,274453 −0,321263 G G = 1 −0,2721 −0,6474
Q
0,211456 −0,522591 0,311135
B
B
1 −1,1070 +1,7046
92
CAPÍTULO 6. SISTEMAS DE COLOR
 
Y
 I Two things to note regarding the RGB transformation matrix: The top
Q
£
¤
£
¤
row is£ identical¤to that
£ of the ¤YUV color space If R G B T = 1 1 1
then Y I Q T = 1 0 0 . In other words, the top row coefficients sum
to unity and the last two rows sum to zero. NOTE: The FCC version of
NTSC, which is currently on the books for over-the-air analog color TV
broadcasting, uses a slightly different matrix, which is: “EQâ2 = 0,41(EBâ2 −
EY â2 ) + 0,48(ERâ2 − EY â2 ).EIâ2 = −0,27(EBâ2 − EY â2 ) + 0,74(ERâ2 −
EY â2 ).EY â2 = 0,30ERâ2 +0,59EGâ2 +0,11EBâ2 .“(Quotedf romCodeof F ederalRegulation
P renticeHall, 1975.ISBN 0−13−152397−X[edit]ExternallinksDemonstrativecolorconve
a∗b∗)Â∆Y U V f orP ALtelevisionÂ∆Y DbDrf orSECAM televisionÂ∆Y IQf orN T SCtele
Allarticleswithunsourcedstatements|ArticleswithunsourcedstatementssinceF ebruary200
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Capı́tulo 7
Imagenes multiespectrales
En las últimas decadas se ha iniciado investigacion encaminadas al manejo de imágenes muliespectrales. Por imágenes multiespectrales entendemos
aquellas que son tomadas en el visible con mas de tres bandas. Los ejemplos
que presentaremos usan 16 bandas, sin embargo el número de bandas no
está restringido.
Uno de los objetivos es presentar la generalizacion de los conceptos de la
colorimetrı́a tradicional (RGB -tres bandas-) a las 16 bandas.
93
94
CAPÍTULO 7. IMAGENES MULTIESPECTRALES
Capı́tulo 8
colorı́metro
Un colorı́metro es cualquier herramienta que identifica el color y el matiz
(tono) para una medida más objetiva del color. También es un instrumento
que permite la absorbancia de una solución en una frecuencia especı́fica de
luz para ser determinada. Por eso, es posible descubrir la concentración de un
soluto conocido que sea proporcional a la absorbancia. Diferentes sustancias
quı́micas absorben diferentes frecuencias de luz. Los colorı́metros se basan
en el principio de que la absorbancia de una sustancia es proporcional a su
concentración, por eso las sustancias más concentradas muestran una lectura
más elevada de absorbancia. Se usa un filtro en el colorı́metro para elegir el
color de luz que más absorberá el soluto, para maximizar la precisión de la
lectura.
Note que el color de luz absorbida es lo opuesto del color del espécimen,
por lo tanto un filtro azul serı́a apropiado para una sustancia naranja. Los
sensores miden la cantidad de luz que atravesó la solución, comparando la
cantidad entrante y la lectura de la cantidad absorbida. Se realiza una serie
de soluciones de concentraciones conocidas de la sustancia quı́mica en estudio
y se mide la absorbancia para cada concentración, ası́ se obtiene una gráfica
de absorbancia respecto a concentración. Por extrapolación de la absorbancia en la gráfica se puede encontrar el valor de la concentración desconocida
de la muestra. Otras aplicaciones de los colorı́metros son para calificar y
corregir reacciones de color en los monitores, o para calibrar los colores de la
impresión fotográfica. Los colorı́metros también se utilizan en personas con
deficiencia visual (ceguera o daltonismo), donde los nombres de los colores
son anunciados en medidas de parámetros de color (por ejemplo, saturación
95
96
CAPÍTULO 8. COLORÍMETRO
y luminiscencia)
Esquema de funcionamiento de un colorı́metro. Los colorı́metros miden
valores triestı́mulos más directamente que los espectrofotómetros y funcionan basándose en filtros de color. Por eso, los colorı́metros no proporcionar
datos de reflectancia espectral. Sin embargo, muchas veces son preferibles a
los espectrofotómetros debido a que son comparativamente más baratos de
fabricar y fáciles de transportar.
EL colorı́metro es un aparato que se usa para comparar o medir colores y sus intensidades. Un colorı́metro simple utiliza un sistema óptico para
colocar un color desconocido, como el de una muestra quı́mica, próximo a
un color establecido. En los aparatos más avanzados, este campo de comparación puede ajustarse de varias formas cuantificables. En algunos casos, las
células fotoeléctricas se utilizan para medir la luz transmitida. Los colorı́metros se emplean en la investigación quı́mica y en distintas industrias, como
por ejemplo las fábricas de tintes y pinturas.
El colorı́metro es un aparato basado en la ley de absorción de la luz habitualmente conocida como ley de “Lambert-Beer“. Johann Heinrich Lambert
(1728-1777) realizó sus principales contribuciones en el campo de la matemática y la fı́sica y publicó en 1760 un libro titulado Photometria, en el
que señalaba: la variación de la intensidad luminosa al atravesar un rayo de
luz un número “n“ de capas de cristal podı́a considerarse como una relación exponencial, con un valor caracterı́stico “n“ para cada cristal. En 1852,
August Beer (1825-1863) señaló que esta ley era aplicable a soluciones con diversa concentración y definió el coeficiente de absorción, con lo que sentó las
bases de la fórmula que sigue siendo utilizada actualmente:
µ ¶
I
n
= −kcd
(8.1)
I0
donde k es el coeficiente de absorción molecular, caracterı́stico de la sustancia absorbente para la luz de una determinada frecuencia. c es la concentración molecular de la disolución. d es el espesor de la capa absorbente o
distancia recorrida por el rayo luminoso
El colorı́metro permite la comparación de dos disoluciones, una de las
cuales, para que pueda ser empleado con fines analı́ticos, debe ser de con-
97
centración conocida. La luz reflejada mediante el espejo inferior atraviesa los
recipientes en los cuales se encuentran la muestra patrón y la muestra estudiada. Los tubos de vidrio (TC) permiten regular la distancia recorrida por
el haz luminoso en la disolución. Finalmente, un prisma recoge estos rayos
luminosos y los dirige al ocular, en el cual se pueden observar dos semicı́rculos
procedentes, cada uno de cada muestra y, de este modo, se puede comparar
las intensidades de salida. Si se varı́a la posición de los tubos TC, que regulan
el valor de la distancia recorrida por el rayo, se pueden obtener en el ocular
dos semicirculos de igual intensidad y calcular el valor de la concentración
de la disolución analizada, mediante el siguiente procedimiento:
I1 = Io ∗ exp (k1 c1 d1 )
(8.2)
I2 = I0 ∗ exp (k2 c2 d2 )
(8.3)
Los valores d1 y d2 representan la longitud de las columnas de lı́quido que
pueden regularse a voluntad, de modo que puede conseguirse que la intensidad final de la luz I1 que atraviesa la disolución 1 sea igual a la intensidad
final de la luz I2 que atraviesa la disolución 2:
I1 = I2
(8.4)
Igualando las ecuaciones (1) y (2) resulta:
I0 ∗ exp((k1 c1 d1 )) = I0 ∗ exp (k2 c2 d2 )
(8.5)
y simplificando la expresión queda:
k1 c1 d1 = k2 c2 d2
(8.6)
Si las sustancias sometidas a análisis son las mismas, entonces los coeficiente de absorción molecular deben ser iguales, lo que permite simplificar la
ecuación anterior y obtener un método para calcular la concentración de una
disolución, si se conoce el valor de la otra:
c1 = c2 ∗
d2
d1
(8.7)
Este tipo de instrumentos fueron reemplazados a partir de los años cuarenta del siglo pasado por los espectrofotómetros, que renovaron la popularidad
de esta técnica.
98
CAPÍTULO 8. COLORÍMETRO
8.1.
Fotómetro
En un sentido amplio, un fotómetro es un instrumento que se usa para medir la iluminancia o la radiancia. Un fotómetro se usa en general para
detectar: Luz esparciada, absorción y fluorescencia. La mayorı́a de los fotómetros están basadosen fotodiodos o fotoresist. Dichos materiales cambian sus
propiedades eléctricas cuando son expuestos a la luz. Estos cambios pueden
ser detectados de manera adecuada con circuitos eléctricos.
Esparcimiento El esparcimiento es un proceso fı́sico que sufren algunas
formas de radiación, tales como la luz, el sonido o partı́culas en movimiento. Este fenómeno surge al ser obligada la radiación que se desvie
de una trayectoria rectilı́nea, por una o más no uniformidaddes en el
medio por el cual pasa. De manera convencional esto también incluye
la desviación o la relfexión de la radiación a un ángulo predicho por la
ley de la reflexı́on. Las reflexiones que sufren esparciomiento, de manera común se les llama reflexiones difusas. Las reflexiones no esparcidas
son por lo general reflexiones especulares (como las reflejadas por un
espejo).
Los tipos de no uniformidades que pueden causar el esparcimiento,
algunas veces conocidos como esparzores o centros de esparción, son
numerosos, por ejemplo: partı́culas, burbujas, gotas, fluctuaciones en
la densidad de los fluidos, defectos en cristles sólidos, rugosidades en
las superficies, células en los organismos, fibras textiles en las telas. Los
efectos de tales objetos en el camino de cualquier onda que se propaga
o partı́cula que se mueve pueden ser descritos en el marco de la teorı́a
del esparcimiento.
Absorción En fı́sica,la absorción es un proceso por medio del cual, la
energı́a de un foton es tomada por otra entidad, por ejemplo, un átomo cuyos electrones valencia hacen transiciones entre dos niveles de
energı́a. El fotón es destruido en el proceso. La energı́a absorbida puede
ser reemitida como energı́a radiante o transformada en energı́a calorı́fica. La absorción de la luz durante la propagación de la onda, se le llama
con frecuencia atenuación.
8.1. FOTÓMETRO
99
La absorbancia de un objeto, cuantifica cuanta luz es absorbida por
él. Esto puede estar relacionado con otras propiedades del objeto por
medio de la ley de Beer - Lambert.
Para la mayorı́a de las sustancias, la cantidad de absorción varı́a con la
longitud de onda de la luz, originando la aparición del color en pigmentos que absorben ciertas longitudes de onda y otras no. Por ejemplo un
objeto que absorbe luz azul, la luz verde y la luz amarilla apareceran
como rojas cuando se observaa bajo luz blanca. Medidas más precisas
a cualquier longitud de onda permite la identificación de la substancia
por medio de la espectroscopı́a de abosrción
Fluorescencia
La fluorescencia es un fenómeno luminiscente que se encuentra de manera más común en fenómenos ópticos de cuerpos frios. En este proceso
la absorción molecular de un fotón dispara la emisión de otro fotón con
una longitud de onda mayor. La diferencia de energias entre el fotón
absorbido y el fotón emitido orgina vibraciones moleculares o calor.
Es común que el fotón absorbido esté en el intervalo del ultravioleta,
y que el emitido sea luz en el intervalo del visible. Esto depende de la
curva de absorbancia y el corrimiento de Strokes del fluoroforo que se
trate. Se le llama luminicencia por el mineral fluorita, compuesto de
fluoruro de calcio, el cual exhibe este fenómeno.
Este instrumento mide la intensidad de la luz: el flujo luminoso incide
sobre la célula de medición y se convierte en una señal eléctrica que luego
visualizamos, de acuerdo al modelo de fotómetro, en información analógica
(aguja) o digital (números en una pantalla de cristal lı́quido). La prestación
y rendimiento del aparato, depende del tipo de célula empleado.
El fotometro es un instrumento que se usa para medir la luz, o la radiacion
electromagnetica en el intervalo del visible. En general los fotometros pueden
ser dividos en dos tipos: fotometros de laboratorio y fotometros portatiles.
Por regla general los fotometros de laboratiorio proporcionan resultados mas
precisos, mientras que los portatiles dan resultados de menor presicion.
Cada clase puede ser subdividida en fotometros visuales (subjetivos) y fotometros fotoelectricos (objetivos o fisicos). estos a su vez pueden ser agruoa-
100
CAPÍTULO 8. COLORÍMETRO
dos de acuerdo a sus funciones, tales como los que miden: intensidad luminosa
(candelas), flujo luminoso, iluminacion (iluminancia), luminancia (brillo fotometrico), distribucin de luz, reflectancia y transmitancia de la luz, color,
distribucion esoectral y visibilidad.
Los metodos fotometricos visulaes han sido suplantados por metodos fisicos y comerciales, debido a su simplicidad. Losmetodos cisuales se usan en
laboratorios educativos para demostrar los principios fotometricos.
8.1.1.
Modos de medición
Los fotómetros de mano miden la luz que incide sobre la escena. La célula
mide desde el interior de una pequeñ semiesfera de plástico traslúcido que
la cubre. Es de color blanco lechoso, acepta la luz en un ángulo de 180 y
transmite hacia la célula ubicada debajo de ella un 18 % de la luz incidente. Leén solamente sobre la fuente de luz, y no nos proporcionan ninguna
información sobre las luminancias de la escena, por lo tanto no nos son útiles para medir reflectancias. Este modo de medición puede resultar muy útil
en situaciones en las que tenemos posibilidades de controlar la luz (en estudio) o en escenas de iluminación uniforme. Sin embargo, para las escenas
de iluminación compleja, contraluces o escenas de sombras muy profundas y
áreas muy iluminadas, las mediciones incidentes son inútiles. Este modo es
aplicable únicamente con fotómetros de mano.
Luz reflejada
También llamada de luminancias, como su nombre lo indica estos fotómetros incorporados en las cámaras, o de mano, miden la luz que reflejan
las distintas áreas de la escena. Al ser alcanzado un objeto por la luz,
ésta puede ser trasmitida a través de él, absorbida o reflejada. Los
objetos transparentes, transmiten la mayor parte de la luz y un porcentaje se pierde por absorción y reflexión, los objetos opacos reflejan
y absorben de acuerdo a su color. La luz reflejada se esparce en todas
direcciones por igual y generalmente tiene calidad difusa.En superficies
reflectantes (como espejos, cromados, agua), se produce lo que se llama
“reflexión especular“. En estos brillos la luz es reflejada como un haz,
con el mismo ángulo de la luz que incide. Podemos decir entonces que
las distintas superficies pueden producir reflexiones difusas o especulares. Como las intensidades varı́an de acuerdo a los tonos, el fotómetro
8.1. FOTÓMETRO
101
suma o integra la totalidad de luminancias y calcula su valor medio,
determinando la exposición que requiere la pelı́cula para la luz promedio de dicha escena.
Los fotómetros de mano son herramientas diseñadas para tomar lecturas
en forma incidente o refleja, con luz continua, flash o una combinación de
ambas.
8.1.2.
Espectrofotómetro
El funcionamiento del espectrofotómetro es el que sigue: la luz de una
fuente continua pasa a través de un monocromador, que selecciona una banda estrecha de longitudes de onda del haz incidente. Esta luz monocromática
atraviesa una muestra de espesor b, y se mide la potencia radiante de la luz
que sale. Es necesario calibrar el espectrofotómetro con un blanco antes de
medir las absorbancias de la disolución problema. Esta celda o cubeta de referencia sirve para compensar los efectos de reflexión, dispersión o absorción
de luz de la celda con el disolvente.
Los métodos de análisis basados en los principios de la absorción antes
mencionados se conocen como métodos colorimétricos y espectrofotométricos, en ellos se considera que la cantidad de energı́a absorbida es proporcional
a la cantidad de material que realiza la absorción.
En los métodos fotométricos, se mide la relación de poder de radiación de
los rayos de luz incidente y luz transmitida u otro tipo de energı́a radiante
por el material que realiza la absorción, empleando como detector una fotocelda. Cuando esta relación se mide a una longitud de onda determinada el
método analı́tico se llama espectrofotométrico.
En los métodos espectrofotométricos de análisis es muy útil saber que longitudes de onda de la energı́a radiante se absorben con mayor fuerza. Esto
se hace irradiando la solución de la muestra con un rayo de una sola longitud de onda y midiendo la cantidad de absorción, se cambia la longitud de
onda del rayo y se mide nuevamente la absorción, y ası́ sucesivamente hasta
obtener un barrido completo. Al graficar la Absorbancia o transmitancia en
102
CAPÍTULO 8. COLORÍMETRO
función de la longitud de onda se obtiene el espectro de absorción (ver figura
) de la especie analizada. El instrumento que se emplea para obtener dicha
información se denomina espectrofotómetro.
8.1.3.
Espectrómetro
Los sensores de luz conjuntamente con las fuentes luminosas, aparte de
las aplicaciones usuales fotométricas, son empleados en un cierto numero de
aparatos de medida. En los espectrómetros ópticos la luz incidente pasa a
través de un espectroscopio monocromático, una rejilla o un prisma cuyo
desplazamiento angular con respecto al haz de luz incidente puede relacionarse estrechamente con la longitud de onda única del haz de luz que envı́a
al sensor luminoso, cuya respuesta espectral se conoce adicionalmente y que
es seleccionada para un intervalo especifico de longitudes de onda. Algunos espectroscopios monocromáticos consisten simplemente en un conjunto
de ventanillas, poseyendo cada una una respuesta espectral distinta (y estrecha). A continuación la señal de salida del sensor de luz muestra la intensidad
luminosa en cada una de las porciones de muestreo (grupos de longitudes de
onda) del espectro. El movimiento del espectroscopio monocromático puede
mecanizarse de tal modo que se explore un espectro dado a una velocidad
conocida y durante un intervalo de tiempo dado. Seguidamente la longitud
de onda puede determinarse a partir del tiempo contando desde el inicio de
la exploración.